目前局部放電在線監測中常采用的去除白噪聲的抗幹擾現代數字(zì)信號處理方法是小波及小波包濾(lǜ)波法。
小(xiǎo)波變換因其具有良好的時頻局域化性能而廣泛地用於(yú)信號處理,且信號消噪(zào)比傳統的傅立葉分析優越,特別是對(duì)非平穩信號的消噪(zào),能區(qū)分信號中的突變部分和噪聲,實現非平穩信號的消噪。小波變換是近年(nián)來非(fēi)平穩信號處理的研究熱點。小波分(fèn)析方法的出現為白噪聲的抑製開辟了一個新的思路。小波濾波的核心是(shì)按照一定的準則對小波係數進行修改,以(yǐ)在不損失過多信(xìn)號(hào)的前提下,達到降低或去噪得目的。
在局部放電信(xìn)號去噪的研究方麵,目前主(zhǔ)要集中在母小波的選擇、門限的確定、以及濾波算法的研究。母小波的選擇主要考慮選擇適(shì)合突出局放信號時頻特性的母小波,現在提(tí)出的有B樣條小波,自適應(yīng)小波等。對於門限的確定,很多學者致(zhì)力於門限函數的(de)參數(shù)優化問題的(de)研究。對於小波濾波算法,目前存在的方法可分為貝葉斯法和非貝葉斯法(fǎ)。非貝葉(yè)斯法大致可以分成三種(zhǒng):小(xiǎo)波模(mó)極大值法(fǎ)、空域相關濾(lǜ)波法、小(xiǎo)波(bō)域閩值濾波法。
①小波模極大值法
1992年,Mallat等人提出了基於信號(hào)奇異性的信號和圖(tú)像多尺度邊緣表示法,利用Lipschitz指數在多尺度(dù)上對信號和圖像及噪聲的數學特性進行描述,提出了用模極大值重構(gòu)的濾波方法。由於局部(bù)放電信號和白噪聲的小波(bō)變換模極大值隨尺度(dù)變化表現出截然不同的特性,因此小(xiǎo)波模極大(dà)值法可以應(yīng)用(yòng)於局放信號中白噪聲抑製。局部放(fàng)電信號和白噪聲幹擾的小波(bō)變換差(chà)異明顯,局(jú)部放電信號有明顯的奇(qí)異性,其Lipschitz指數為0然而小波模極大值法中一個難(nán)點就是由小波模極大值恢複小波係數,這方麵已有不少的成果,如Mallat提出的交替投影法,然而該算法逼近小波係數時,其計(jì)算量大(dà),程序複雜,而且計算過程收斂較慢,可能(néng)不穩定。也有學者提出(chū)了模極(jí)大值小(xiǎo)波域重構算法,該方法比交替投影法程序簡單(dān),然而在找出模極(jí)大(dà)值(zhí)點的繁殖點時,其原理和(hé)過(guò)程複雜,因而小波模(mó)極大值法在實際中(zhōng)很少應用。
②空域相關濾波法
空域相關濾(lǜ)波法主要利用小波係數在各尺度間具有相(xiàng)關性來濾波。Witkin首先提出了利用尺(chǐ)度(dù)空間(jiān)相關性來對信號(hào)濾波的思想(xiǎng),對(duì)含噪信號經過小波(bō)分解後,從大尺(chǐ)度到小尺度(dù)逐步搜索信號的主要邊緣,最終(zhōng)從噪聲背景中得到真實的信號。Xu提出了空(kōng)域相關濾波方法:突變信號在多個小波尺度上仍然保持(chí)明顯的突變特征,而白噪(zào)聲信號隨(suí)著尺度的增(zēng)加而很快(kuài)地衰減。信號小波變換係數在各(gè)尺度上有(yǒu)較強的相關性,而噪聲(shēng)對應的小波變換係數在尺度上沒有這種相關性,利用多個尺度上相關性來抑製噪聲的同(tóng)時保留信號的特征。該(gāi)方(fāng)法原理簡單,計算量比小波模極大(dà)值小,穩定性好。③小波(bō)域閩值濾波法
斯坦福大學以Donoho為首的一個學術群體,提出了小波域閩值(zhí)濾波法,並取得大量的理論及應用成(chéng)果。小波(bō)域(yù)閩值濾波法(fǎ)原理:小波變(biàn)換具有一種“集中”的能力(lì),信號經小波(bō)變換後(hòu),由信號產生的小波係數包含(hán)有信號的重要信息,其幅值較大,但數目較少,而噪聲對應(yīng)的小波係數幅值(zhí)小。通過在不同尺度上(shàng)選取閾值(可直接利用小波係數(shù)的統計特征量確定閾(yù)值),如果某尺(chǐ)度上的係數大於門限,則認為它對應於局部(bù)放電信號,否則對應於噪聲信(xìn)號。將小於閾值的小波係數置零,而保留大於閾(yù)值(zhí)的小波係數,從而使信號中的噪(zào)聲得(dé)到有效的抑製,最後進行(háng)小波反變換,得到濾波後的重構信號(hào)。該方法能夠極大的提高信(xìn)噪比,實施簡單,計算量小,能取得一定效果,因此實際(jì)應用較(jiào)多。在小波(bō)域閾值濾波的算法中,閾值函數選取和閾值的確定是兩個最基本(běn)的問題,國內外(wài)文獻反應(yīng)了一些學者在這方麵做了一定研究,也是目前研究的熱點問題。閾值函數體現了對小波係數的不同處理策略,主(zhǔ)要分為軟閾值函數、硬閾值函數和半軟閾值函數。半(bàn)軟閾值函數由Gao Hong-Ye提出,它是軟閾值函數和硬閾值函(hán)數的一種折(shé)衷形式。半軟(ruǎn)閾值函數保(bǎo)留了較大的係數,而且具有連(lián)續性,然而(ér)它需要確定兩個閾值,增加了(le)算法的複雜度。對於閾值(zhí)的確定(dìng)目前主要是(shì)采用Donoho提出的通用閾值,該閾值選取依賴(lài)於采樣數目和噪聲方差,在實際的應用中效果不是很明顯。