【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于声音信号处理，具体涉及一种用于电气设备声成像检测的去噪及输出方法及系统。
技术介绍
1、随着电网规模的增大和用电负荷的增加，电力设备的安全稳定运行受到了前所未有的挑战，若发生故障，将会对电网本身和用户带来重大损失，在电网布局日益发达的今天，电力设备故障的监测诊断成为该领域研究的热点。随着科技发展，电力设备的故障诊断技术日益多样化，这些技术不断的发展和改进，推动着电力设备故障诊断技术的发展。许多电力设备在运行中具有一定危险性，对于某些信号，在巡检时难以近距离用传感器采集设备信息，因此寻找一种安全有效的故障检测方法对于电力设备故障巡检有着重要意义。
2、声学成像，又名声学相机，是指利用传声器阵列采集多通道的音频数据，使用声学成像算法计算出声源聚焦平面上的声源分布信息，然后将声源分布信息与相机拍摄的实景图像进行融合，在融合图像上就能快速确定声源的空间位置和产生来源。声学成像算法主要包括波束形成算法和近场声全息算法两大类，目前声学成像技术多用于汽车、飞机、列车等机械故障诊断，将声学成像技术用于电力设备故障声音的可视化和声源定位，可以直观的了解电力设备内部噪声的分布情况，协助技术人员了解故障点的位置并制定相应的故障解决方案，显著提高了电力设备故障的检测和定位效率，对于构建智能电网有着重要意义。
3、在对变电站内的电气设备进行声成像检测时，常常会因为噪声的存在而影响检测效果。目前，声学信号去噪方法有谱减法、滤波法等，但是谱减法需要电气设备的先验声学信号特征，且某帧的某频点上噪声分量较大时，采用谱减法去噪
4、现有的去噪技术，多是对信号直接处理，但是对阵列信号进行去噪时，需要保证各路信号间的相对相位不发生变化，即去噪后的信号相位不发生变化或相位呈线性变化，许多去噪方法并不满足这一要求。对于传统的谱减法和滤波法，采用谱减法去噪会引入其他噪声；滤波法通常用于声源与噪声频率相差较大的声信号系统中，而电气设备的检测声源可能会与噪声源的频率分布产生冲突，难以完成去噪。因此，亟需一种用于电气设备声成像检测的去噪及输出计算方法，用以提高声成像计算的性能。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种用于电气设备声成像检测的去噪及输出方法，在进行声成像时，会利用采集的多路声学信号计算对应的交叉谱矩阵用于声学成像，由于采集的电气设备声学信号会不可避免掺杂噪声信号，进而影响检测效果，故本专利技术提供一种用于电气设备声成像检测的去噪及输出计算方法来去除部分噪声的影响，提高检测效果。本专利技术针对声源信号与噪声信号在协方差矩阵中的分布特点，采用优化的方法处理交叉谱矩阵，尽可能去除声成像计算中的非相干噪声，并用去噪后的协方差矩阵用于声成像的声学云图输出计算，提高电气设备声成像检测的效果。
2、本专利技术采用如下的技术方案。
3、本专利技术的第一方面提供了一种用于电气设备声成像检测的去噪及输出方法，包括以下步骤：
4、步骤1，采用麦克风阵列实时采集电气设备现场的声音信号并获得交叉谱矩阵，将交叉谱矩阵去噪问题转换为单目标优化问题；
5、步骤2，利用基于schatten-p范数的非凸apgl算法求解步骤1中的优化问题，得到步骤1中的交叉谱矩阵的分解结果，实现声音信号去噪；
6、步骤3，分别针对均匀线性阵列、矩形阵列、均匀圆形阵列，计算每个网格点对应的权重矢量；
7、步骤4，基于步骤2的去噪后的交叉谱矩阵和步骤3的阵列的权重矢量进行阵列输出。
8、优选地，步骤1中，所述交叉谱矩阵是信号交叉谱矩阵和噪声交叉谱矩阵之和，以如下公式表示，
9、r＝raa+rnn
10、式中，raa＝grssgh为信号交叉谱矩阵，rnn为噪声交叉谱矩阵。
11、优选地，步骤2中，设置schatten-p范数的参数p为1/2或2/3。
12、优选地，步骤2中，改进的方程如下：
13、
14、式中，λ为正则化参数，μ>0,是松弛参数，是惩罚函数，f是凸光滑的，具有lipschitz连续梯度；raa为信号交叉谱矩阵，rnn为噪声交叉谱矩阵。
15、进一步优选地，对方程第k次迭代时的解为：
16、
17、
18、
19、
20、
21、
22、式中，k表示第k次迭代，是利用第k次迭代得到的计算的中间变量是第(k+1)次迭代得到的声源、噪声的交叉谱矩阵。
23、优选地，步骤3中，对于均匀线性阵列，权重矢量以如下公式表示，
24、wn＝p(θ0)/m
25、式中，m为阵列中的阵元数目；
26、p(θ0)为阵列流行向量，以如下公式表示，
27、
28、式中，k′表示第k′个麦克风，d表示阵元间的间距。
29、进一步优选地，步骤3中，对于矩阵阵列，计及信号的衰减的权重矢量以如下公式表示，
30、wm2＝[|rn|exp(-i2πf|rmn-rn|/c)/|rmn|]/m
31、式中，rmn是第n个网格点到第m个麦克风的距离；n表示第n个网格点，m表示第m个麦克风；|rn|是第n个网格点到阵列中心的距离；c是声速。
32、优选地，步骤3中，对于均匀圆形阵列，权重矢量为：
33、wm3＝exp(i*k*r*(cos(pi-m*2*pi/m)*sin(pi/2)-cos(θ1)*sin(θ2)))
34、式中，r是圆形阵列的半径，θ2表示扫描点与阵元连线和阵列中心径向线的夹角，θ1表示扫描点在阵列平面投影与阵列中心连线的极坐标角度。
35、优选地，步骤4中，第n网格点的波束输出bn的计算方式如下：
36、
37、式中，h表示矩阵的共轭转置，r为交叉谱矩阵，加权向量wn为波束形成的权重矢量矩阵。
38、本专利技术的第二方面提供了一种用于电气设备声成像检测的去噪及输出系统，基于所述的用于电气设备声成像检测的去噪及输出方法实现，包括：声音信号采集模块、交叉谱矩阵去噪模块、阵列权重矢量计算模块和阵列输出模块；
39、所述声音信号采集模块采用麦克风阵列实时采集电气设备现场的声音信号并获得交叉谱矩阵；
40、所述交叉谱矩阵去噪模块利用基于schatten-p范数的非凸apgl算法来求解交叉谱矩阵的去噪；
41、所述阵列权重矢量计算模块针对均匀线性阵列、矩形阵列、均匀圆形阵列，计算每个网格点对应的权重矢量；
42、所述阵列输出模块基于去噪后的交叉谱矩阵和阵列的权重矢量进行阵列输出。
43、本专利技术的有益效果在于，与现有技术相比，本专利技术中的去噪本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于电气设备声成像检测的去噪及输出方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于电气设备声成像检测的去噪及输出方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的一种用于电气设备声成像检测的去噪及输出方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的一种用于电气设备声成像检测的去噪及输出方法，其特征在于：
5.根据权利要求4任一项所述的一种用于电气设备声成像检测的去噪及输出方法，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的一种用于电气设备声成像检测的去噪及输出方法，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的一种用于电气设备声成像检测的去噪及输出方法，其特征在于：
8.根据权利要求1所述的一种用于电气设备声成像检测的去噪及输出方法，其特征在于：
9.根据权利要求1所述的一种用于电气设备声成像检测的去噪及输出方法，其特征在于：
10.一种用于电气设备声成像检测的去噪及输出系统，基于权利要求1-9任一项所述的用于电气设备声成像检测的去噪及输出方法实现，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种用于电气设备声成像检测的去噪及输出方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于电气设备声成像检测的去噪及输出方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的一种用于电气设备声成像检测的去噪及输出方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的一种用于电气设备声成像检测的去噪及输出方法，其特征在于：
5.根据权利要求4任一项所述的一种用于电气设备声成像检测的去噪及输出方法，其特征在于：
6.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨晶晶，林骞，马金亮，王飞飞，李明明，王琳，郑志强，刘勇利，徐克政，黄学增，栾国军，晋飞，孙华忠，陈慧颖，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司潍坊供电公司，
类型：发明
国别省市：
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