[发明专利]一种基于相关辨识的噪声处理系统及其方法

摘要

本发明涉及一种基于相关辨识的噪声处理系统，包括：第一信号产生模块、第一直流干扰抑制模块、第一工频干扰抑制模块、第一暂态干扰模块、第一系统相关辨识模块、第二暂态干扰抑制模块、第一低频、高频干扰抑制模块、第一缓慢干扰抑制模块、第一随机干扰抑制模块和第一大地辨识系统。本发明对相关辨识所产生的各类噪声进行抑制，可以得到很好的辨识结果，具有节约人力、操作简单、抑制噪声效果良好的性能。

主权项

1.一种基于相关辨识的噪声处理系统，其特征在于包括：第一信号产生模块(1)、第一直流干扰抑制模块(2)、第一工频干扰抑制模块(3)、第一暂态干扰抑制模块(4)、第一系统相关辨识模块(5)、第二暂态干扰抑制模块(6)、第一低频、高频干扰抑制模块(7)、第一缓慢干扰抑制模块(8)、第一随机干扰抑制模块(9)和第一大地辨识系统(10)；其中第一直流干扰抑制模块(2)、第一工频干扰抑制模块(3)、第一暂态干扰抑制模块(4)、第二暂态干扰抑制模块(6)、第一低频、高频干扰抑制模块(7)、第一缓慢干扰抑制模块(8)和第一随机干扰抑制模块(9)属于噪声处理部分；所述第一信号产生模块(1)分别与第一直流干扰抑制模块(2)、工频干扰抑制模块(3)、第一暂态干扰抑制模块(4)和第一随机干扰抑制模块(9)相连，第一直流干扰抑制模块(2)、工频干扰抑制模块(3)、第一暂态干扰抑制模块(4)和第一随机干扰抑制模块(9)分别与第一系统相关辨识模块(5)相连；第一系统相关辨识模块(5)与第二暂态干扰抑制模块(6)相连；第二暂态干扰抑制模块(6)分别与第一低频、高频干扰抑制模块(7)、第一缓慢干扰抑制模块(8)相连；第一低频、高频干扰抑制模块(7)和第一缓慢干扰抑制模块(8)分别与第一大地辨识系统(10)相连；第一直流干扰抑制模块(2)包括第一直流偏置量算子单元(21)和第一零频去干扰单元(22)；所述第一工频干扰抑制模块(3)包括第一比较m序列周期与工频噪声信号周期单元(31)、第一比较单元(32)和第一逆重复m序列周期算子单元(33)；所述第一暂态干扰抑制模块(4)包括第一周期截取单元(41)；所述第二暂态干扰抑制模块(6)包括第二周期截取单元(61)；第一低频、高频干扰抑制模块(7)包括第一频带判断单元(71)、第一带通滤波器频带算子单元(72)和第一计算单元(73)；第一缓慢干扰抑制模块(8)包括第一检测内部系统特性单元(81)和第一加权平均单元(82)；所述第一随机干扰抑制模块(9)包括第一序列周期数算子单元(91)；所述第一信号产生模块(1)分别与第一直流偏置量算子单元(21)、第一比较m序列周期与工频噪声信号周期单元(31)、第一周期截取单元(41)和第一序列周期数算子单元(91)相连；第一信号产生模块(1)连接的第一直流干扰抑制模块(2)依次通过第一直流偏置量算子单元(21)和第一零频去干扰单元(22)与第一系统相关辨识模块(5)相连：第一直流偏置量算子单元(21)计算直流噪声干扰产生的直流偏置量ε(f)，经过第一零频去干扰单元(22)对零频结果计算减去计算所得的直流偏置量ε(f)，以消除信号传输过程中的直流干扰；第一比较m序列周期与工频信号周期单元(31)分别与第一信号产生模块(1)和第一比较单元(32)相连，第一逆重复m序列周期算子单元(33)与第一系统相关辨识模块(5)相连；第一比较m序列周期与工频噪声信号周期单元(31)将m序列的周期T与工频噪声信号周期T0进行比较，将比较后的结果存储在第一比较单元(32)，通过输入逆重复m序列消除工频干扰，根据第一比较单元(32)中的比较结果通过第一逆重复m序列周期算子单元(33)计算输入的逆重复m序列的周期T′，以抑制工频信号在系统辨识过程中的干扰；第一周期截取单元(41)分别与第一信号产生模块(1)和第一系统相关辨识模块(5)相连；第一周期截取单元(41)通过预扰动减小发送端暂态过程中产生的噪声干扰；第一序列周期数算子单元(91)分别与第一信号产生模块(1)和第一系统相关辨识模块(5)相连；第一序列周期数算子单元(91)用于通过增大系统输入序列的周期数对随机噪声进行抑制；所述第一系统相关辨识模块(5)分别与第一零频去干扰单元(22)、第一逆重复m序列周期算子单元(33)、第一周期截取单元(41)和第一序列周期数算子单元(91)相连；第一系统相关辨识模块(5)从第一直流干扰抑制模块(2)、第一工频干扰抑制模块(3)、第一暂态干扰抑制模块(4)和第一随机干扰抑制模块(9)中接收到消除了直流噪声、工频噪声、暂态噪声和随机噪声的信号，所述消除了直流噪声、工频噪声、暂态噪声和随机噪声的信号通过第一系统相关辨识模块(5)进行相关辨识处理后，向接收端发送；第二周期截取单元(61)分别与第一系统相关辨识模块(5)与第一频带判断单元(71)和第一检测内部系统特性单元(81)相连；第二周期截取单元(61)通过预扰动减小接收端暂态过程中产生的噪声干扰；第一频带判断单元(71)分别和第二周期截取单元(61)、第一带通滤波器频带算子单元(72)相连；第一计算单元(73)和第一带通滤波器频带算子单元(72)与第一大地辨识系统(10)相连；第一频带判断单元(71)用于判断被测系统频带是否已知；第一带通滤波器算子单元(72)用于根据不同的判断结果使用不同的方法对带通滤波器的频带进行计算，然后将计算结果存储在第一计算单元(73)；以通过带通滤波器对系统传输中产生的不同于系统频带的低频、高频噪声进行过滤，抑制低频、高频对大地系统辨识结果的干扰；第一检测内部系统特性单元(81)分别与第二周期截取单元(61)和第一加权平均单元(82)相连；第一加权平均单元(82)和第一大地辨识系统(10)相连；第一检测内部系统特性单元(81)检测输出端的系统内部特性经过第一加权平均单元(82)对输出端信号进行加权平均，结果最终存储在第一大地辨识系统(10)；抑制相关辨识中的各类噪声提高相关系统辨识的辨识结果，所述第一直流干扰抑制模块(2)、第一工频干扰抑制模块(3)、第一暂态干扰抑制模块(4)和第一随机干扰抑制模块(9)属于发送端噪声处理部分；第二暂态干扰抑制模块(6)、第一低频、高频干扰抑制模块(7)和第一缓慢干扰抑制模块(8)属于接收端噪声处理部分；第一直流干扰抑制模块(2)、第一工频干扰抑制模块(3)、第一暂态干扰抑制模块(4)、第二暂态干扰抑制模块(6)、第一低频、高频干扰抑制模块(7)、第一缓慢干扰抑制模块(8)和第一随机干扰抑制模块(9)在抑制噪声干扰的时候具体实现过程如下：在发送端，通过第一直流干扰抑制模块(2)抑制直流噪声，输入信号经过第一零频偏置量算子单元(21)计算直流偏置量ε(f)，计算公式为ε(ω)＝RLn(ω)/RLL(ω)，得出结果为ε(f)＝CN/a；其中ε(ω)为ε(f)的傅里叶变换；自相关RLL(ω)描述的是发送信号的统计特性，互相关RLn(ω)描述的是输入信号和接收信号直流噪声信号之间的相似程度，C为直流噪声(常数)，N为输入信号长度，a为电平值，然后通过第一零频去干扰单元(22)对零频结果计算时减去直流偏置，消除直流噪声干扰；通过第一工频抑制模块(3)对工频噪声进行抑制，通过输入逆重复m序列抑制工频干扰；第一比较m序列与工频噪声信号周期单元(31)用于将输入信号周期T与工频噪声信号周期T0进行比较，比较结果存放在第一比较单元(32)中，若m序列周期<工频噪声信号周期T0，则通过第一逆重复m序列周期算子单元(33)计算输入的逆重复m序列周期T′，公式为T0＝QT′,表示当输入的逆重复m序列信号L(t)在T0内共有Q个周期时，L(t)与工频干扰信号d(t)中的直流量的一次至(Q‑1)次谐波的互相关函数等于0；若m序列周期>工频噪声信号周期T0，则第一逆重复m序列周期算子单元(33)计算输入的逆重复m序列周期T′的公式为：T′/2＝KT0,表示当输入的逆重复m序列信号L(t)的半周期T′/2为工频干扰信号周期T0的整数倍K时，L(t)与工频干扰信号d(t)中的直流量的一次至(Q‑1)次谐波的互相关函数等于0；第一暂态干扰抑制模块(4)对系统施加预扰动，通过第一周期截取单元(41)截取掉第一周期的信号，选用系统处于强制稳定状态的第二、三等周期；第一随机干扰抑制模块(9)通过第一序列周期数算子单元(91)增加辨识的序列周期数抑制随机噪声干扰；在输出端，第二暂态干扰抑制模块(6)对系统施加预扰动，通过第二周期截取单元(61)截取掉第一周期的信号，选用系统处于强制稳定状态的第二、三等周期；第一频带判断单元(71)判断频带是否是已知被测系统频带，若已知被测系统频带，则通过第一带通滤波器算子单元(72)计算带通滤波器频带f：系统频带最低频率fL≤f≤截止频率fH，并将计算结果放入第一计算单元(73)；若未知被测系统频带，则通过第一带通滤波器算子单元(72)计算带通滤波器频带f：fc/N≤f≤0.45fc(fc＝1/△t)，其中△t为输入信号的时钟周期；fc为输入信号的采样频率；并将计算结果放入第一计算单元(73)；第一缓慢漂移干扰已知模块(8)通过第一检测内部系统特性单元(81)用于检测被测系统内部的原件特性导致的随机漂移干扰；随机漂移干扰表示为：p(t)＝a0+a1t+a2t2+…+artr，其中a0,a1,a2,…,ar及r由漂移性质决定，然后通过第一加权平均单元(82)将0～(r+2)T区间内的系统输出u(t)以半周期T分为0～T，T～2T,…，iT～(i+1)T，…，(r+1)T～(r+2)T共(r+2)个区间，对应每个区间的系统输出z(t)(z(t)＝L(t)*h(t)+p(t)，h(t)为大地系统函数,L(t)为输入的逆重复m序列)乘以加权平均系数Ki，公式为：，RLy(τ)为输入信号与输出信号的互相关函数,选择合适的Ki使K0p(t)‑K1p(t+T)+…+Kr+1(‑1)r+1p[t+(r+1)T]＝0。