非平稳噪声环境下声音信号增强技术的研究

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随着城市建设的快速发展,高空电缆逐步被地埋电缆所取代。地埋电缆虽然具有美化城市环境、提高土地利用价值与增强城市电网可靠性等优点,但其随着社会经济的增长,电缆负荷增加,工作周期增长,容易发生故障,且加之地埋电缆跨越空间大,当其出现故障时,故障点的寻找变得非常困难。假如电缆故障点不能被快速准确地修复,将会给人们的生活带来极大不便与社会经济的巨大损失,因此快速、准确的定位电缆故障点具有迫切的社会意义。本文针对电缆故障检测国内外发展现状与难点,旨在研究电缆故障精确定位中对所采集到的信号进行滤波与增强,以提取出有用的电缆故障点冲击放电声音信号,从而进行故障点的精确定位,主要工作包括:首先,本文研究了电缆故障检测与声音信号增强技术的国内外发展现状,阐明电缆故障检测中难度较大的为故障点的精确定位,而精确定位的难点为混合信号中故障点冲击放电声音信号的提取。针对传统基于统计理论的滤波方法难以去除声音信号中非平稳的、频谱分布位于整个频率轴且与有效冲击放电声音信号频谱分布部分重叠的随机噪声的问题,本文提出一种基于主分量分析(Principal Component Analysis,PCA)降维的独立分量分析(Independent Component Analysis,ICA)冲击放电增强算法来有效检测声音信号,在MATLAB中对该算法进行了仿真,证明了其能够较好地抑制噪声,在低信噪比环境下能够有效分离混合信号中的冲击放电声音信号。接着,针对在背景噪声复杂的检测环境下,电缆故障点放电声不明显,电缆故障检测定点仪检测到的冲击放电声音信号完全被噪声所淹没的问题,本文提出一种基于小波包分析及遗传优化的冲击放电增强算法,其利用了小波包变换能够检测出正常信号中是否含有瞬态异常现象,自适应滤波器对信号处理时所需的先验知识少,以及遗传算法具有不依赖于具体问题的特性将淹没在背景噪声中的声音信号提取出来。在MATLAB中进行的仿真证明了该算法的有效性,其能够准确地提取出冲击放电声音信号。最后,基于ADSP-BF525处理器,本文搭建了电缆故障点精确定位的冲击放电声音信号检测系统,其由磁场与音频信号采集模块、放大滤波模块、LCD模块、数据处理模块、数据通讯与输出模块等组成,并通过实际工程中对故障点冲击放电声音信号的增强实验,验证了该系统能够在低信噪比环境下有效地提取出冲击放电声音信号,从而快速、精确地定位故障点位置。
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