基于改进维格纳分布的电缆缺陷时频分析方法、系统及介质技术方案

本发明专利技术公开了一种基于改进维格纳分布的电缆缺陷时频分析方法、系统及介质，方法包括下述步骤：使用信号发生器产生高斯包络可调频信号作为入射信号，设置入射信号参数后在待测电缆首端进行发射，并使用信号采集器收集反射信号；对入射信号及反射信号进行去噪及滤波处理，得到入反射信号时域叠加信号及波形；采用改进维格纳分布算法对时域叠加信号进行时频域展开分析，得到时域叠加信号的时频分布及波形；使用时域叠加信号的时频分布求取时频域互相关函数，得到缺陷定位结果。本发明专利技术采用改进维格纳分布算法进行时频域展开分析，获得时频分析并求取时频域互相关函数，得到待测电缆的缺陷定位结果，消除了交叉项的干扰保证了定位结果的准确性。结果的准确性。结果的准确性。

【技术实现步骤摘要】
基于改进维格纳分布的电缆缺陷时频分析方法、系统及介质


[0001]本专利技术属于电缆缺陷分析的
，具体涉及一种基于改进维格纳分布的电缆缺陷时频分析方法、系统及介质。

技术介绍

[0002]随着城市化进程的推进，交联聚乙烯(cross
‑
linked polyethylene,XLPE)电力电缆在城市电网建设中被大量的运用，由于具有良好的电气和机械性能，其在电网规划设计中具有不可替代的地位。由于所处运行环境通常较为恶劣，电缆容易受到潮气入侵、机械外力作用的影响，并在电缆局部区域形成缺陷，如不能及时地处理电缆缺陷，这将影响电缆的安全运行。然而，传统的缺陷定位检测需要在电缆离线的情况下进行，电缆停电计划的实施，会造成生产停工，带来不必要的经济损失。因此，急需开发一种电缆缺陷定位的在线监测技术，为在运电缆的状态监测提供保障。
[0003]目前所用的电缆缺陷定位行波检测技术主要有：传统的时域反射法(time domain reflectometry,TDR)、频域反射法(frequency domain reflectometry,FDR)及时频域反射法(time
‑
frequency domain reflectometry，TFDR)。时域反射法由于其注入信号的高频成分较少，而信号在电缆线路中传输时会受到色散和衰减的影响，使得TDR法难以检测微弱缺陷。频域反射法虽可对参考信号的频率进行调整，但其缺少时域分辨率，仅可对缺陷的位置信息进行反映，即传统频域反射法无法对缺陷类型以及缺陷处的时域信息进行反映，仅可实现缺陷的定位，具有一定的局限性。并且由于其对数据分析时采用了傅里叶变换，存在数据非整周期截断导致的栅栏效应及频谱泄漏等，会导致定位主瓣附近存在旁瓣干扰，难以实现对缺陷位置的精确定位。同时，频域反射法对硬件设备的功率要求较高，对反射信号的定位分析也需要较为复杂的算法，具有较高的测试成本。TFDR方法通过向电缆首端注入具有高斯包络的线性可调频信号(Linear frequency modulation，LFM)，通过计算入反射信号的时频域相似性，得到信号的时频域相关程度用以确定缺陷或末端位置，实现对局部缺陷的定位。该方法相较于TDR方法等，其最大的特点是入射参考信号的不同，该信号为时限带限，且在时域上具有高斯包络特性，可任意调节参数的非平稳信号，对其进行时频域分析可得到该信号的时变频谱特性，同时可获得任意时频条件下的信号能量强度；但是该方法在原有的维格纳分布基础上进行缺陷定位时会产生交叉干扰项，从而影响故障定位的结果，同时的TFDR定位方法定位精度也不够准确。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有非平稳信号时频分析方法中，运用维格纳分布算法存在交叉干扰的问题与不足，提供一种基于改进维格纳分布的电缆缺陷时频分析方法、系统及介质，通过调制、采集信号获取时域叠加信号，然后采用改进维格纳分布算法进行时频域展开分析，获得时频分析并求取时频域互相关函数，得到待测电缆的缺陷定位结果，消除了交叉项的干扰保证了定位结果的准确性。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供一种基于改进维格纳分布的电缆缺陷时频分析方法，包括下述步骤：
[0006]使用信号发生器产生高斯包络可调频信号作为入射信号，设置入射信号参数后在待测电缆首端进行发射，并使用信号采集器收集反射信号；
[0007]对入射信号及反射信号进行去噪及滤波处理，得到入反射信号时域叠加信号及波形；
[0008]采用改进维格纳分布算法对时域叠加信号进行时频域展开分析，得到时域叠加信号的时频分布及波形；
[0009]使用时域叠加信号的时频分布求取时频域互相关函数，得到缺陷定位结果。
[0010]作为优选的技术方案，所述入射信号参数包括脉宽、频带宽度及中心频率；
[0011]所述信号发生器和信号采集器分别与待测电缆的缆芯进行连接；
[0012]所述信号采集器采用具有示波功能的信号采集设备；
[0013]所述待测电缆的缆芯与铜屏蔽层进行连接。
[0014]作为优选的技术方案，所述入射信号表示为：
[0015][0016]其中，α为入射信号的宽度，β为入射信号的频带宽度，ω0＝2πf0为入射信号的中心角频率，f0为入射信号的中心频率，t0为入射信号的中心时间，t为时间，j为虚数单位；
[0017]所述反射信号表示为：
[0018][0019]其中，γ为传播常数，l为待测电缆缺陷处到信号注入点的距离，Z
d
和Z0分别为待测电缆缺陷处的特性阻抗和电缆本体的特性阻抗。
[0020]作为优选的技术方案，所述采用改进维格纳分布算法对时域叠加信号进行时频域展开分析，得到时域叠加信号的时频分布及波形，具体为：
[0021]使用维格纳分布函数对时域叠加信号进行时频域展开分析，得到时域叠加信号的维格纳分布；
[0022]对时域叠加信号的维格纳分布采用窗函数进行加窗处理，抑制时域叠加信号的维格纳分布中的交叉项，得到时域叠加信号的时频分布。
[0023]作为优选的技术方案，所述使用维格纳分布函数对时域叠加信号进行时频域展开分析，具体为：
[0024]使用维格纳分布函数分别对入射信号和反射信号进行时频域展开分析：
[0025][0026][0027]其中，W
s
(t,ω1)表示入射信号的维格纳分布，W
r
(t,ω2)表示反射信号的维格纳分布；t为时间，ω1为入射信号的中心角频率，ω2为反射信号的中心角频率，τ表示时延，s()表示入射信号，s
*
()表示入射信号的共轭复数，r()表示反射信号，r
*
()表示反射信号的共
轭复数，j表示虚数单位；
[0028]将入射信号和反射信号分别带入得到对应的时频表达式，其中入射信号的时频表达式为：
[0029][0030]反射信号的时频表达式为：
[0031][0032]其中，x为信号在待测电缆中的传播距离，v表示信号在待测电缆中传播的波速度，A为待测电缆的衰减常数；
[0033]将二者叠加得到时域叠加信号，进行时频域展开分析，计算公式为：
[0034]W
sout
(t,ω)＝W
auto
(t,ω)+W
cross
(t,ω)＝W
s
(t,ω1)+W
r
(t,ω2)+2Re[W
s,r
(t,ω)][0035]其中，s为入射信号，r为反射信号，t为时间，ω为叠加信号中心角频率，W
auto
(t,ω)表示时域叠加信号的自项，W
cross
(t,ω)表示交叉干扰项，Re[]表示取复数的实部，W
s
(t,ω1)+W
r
(t,ω2)表示时域叠加信号的自项，W
s,r
(t,ω)为求取时域叠加信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于改进维格纳分布的电缆缺陷时频分析方法，其特征在于，包括下述步骤：使用信号发生器产生高斯包络可调频信号作为入射信号，设置入射信号参数后在待测电缆首端进行发射，并使用信号采集器收集反射信号；对入射信号及反射信号进行去噪及滤波处理，得到入反射信号时域叠加信号及波形；采用改进维格纳分布算法对时域叠加信号进行时频域展开分析，得到时域叠加信号的时频分布及波形；使用时域叠加信号的时频分布求取时频域互相关函数，得到缺陷定位结果。2.根据权利要求1所述的基于改进维格纳分布的电缆缺陷时频分析方法，其特征在于，所述入射信号参数包括脉宽、频带宽度及中心频率；所述信号发生器和信号采集器分别与待测电缆的缆芯进行连接；所述信号采集器采用具有示波功能的信号采集设备；所述待测电缆的缆芯与铜屏蔽层进行连接。3.根据权利要求1所述的基于改进维格纳分布的电缆缺陷时频分析方法，其特征在于，所述入射信号表示为：其中，α为入射信号的宽度，β为入射信号的频带宽度，ω0＝2πf0为入射信号的中心角频率，f0为入射信号的中心频率，t0为入射信号的中心时间，t为时间，j为虚数单位；所述反射信号表示为：其中，γ为传播常数，l为待测电缆缺陷处到信号注入点的距离，Z
d
和Z0分别为待测电缆缺陷处的特性阻抗和电缆本体的特性阻抗。4.根据权利要求3所述的基于改进维格纳分布的电缆缺陷时频分析方法，其特征在于，所述采用改进维格纳分布算法对时域叠加信号进行时频域展开分析，得到时域叠加信号的时频分布及波形，具体为：使用维格纳分布函数对时域叠加信号进行时频域展开分析，得到时域叠加信号的维格纳分布；对时域叠加信号的维格纳分布采用窗函数进行加窗处理，抑制时域叠加信号的维格纳分布中的交叉项，得到时域叠加信号的时频分布。5.根据权利要求4所述的基于改进维格纳分布的电缆缺陷时频分析方法，其特征在于，所述使用维格纳分布函数对时域叠加信号进行时频域展开分析，具体为：使用维格纳分布函数分别对入射信号和反射信号进行时频域展开分析：使用维格纳分布函数分别对入射信号和反射信号进行时频域展开分析：其中，W
s
(t,ω1)表示入射信号的维格纳分布，W
r
(t,ω2)表示反射信号的维格纳分布；t为时间，ω1为入射信号的中心角频率，ω2为反射信号的中心角频率，τ表示时延，s()表示
入射信号，s
*
()表示入射信号的共轭复数，r()表示反射信号，r
*
()表示反射信号的共轭复数，j表示虚数单位；将入射信号和反射信号分别带入得到对应的时频表达式，其中入射信号的时频表达式为：反射信号的时频表达式为：其中，x为信号在待测电缆中的传播距离，v表示信号在待测电缆中传播的波速度，A为待测电缆的衰减常数；将二者叠加得到时域叠加信号，进行时频域展开分析，计算公式为：其中，s为入射信号，r为反射信号，t为时间，ω为叠加信号中心角频率，W
auto
(t,ω)表示时域叠加信号的自项，W
cross
(t,ω)表示交叉干扰项，Re[]表示取复数的实部，W
s
(t,ω1)+W
r
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，何嘉兴，方健，王红斌，韩捷，童锐，黄柏，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司广州供电局，
类型：发明
国别省市：