专利名称：一种抑制管道堵塞声信号中宽带背景噪声的方法
技术领域：
本发明涉及油气开采技术，特别是关于一种油气管道堵塞监测设备中宽带背景噪声的消除方法。
背景技术：
油气长输管道由于具有管径大、运距长、压力高和输量大的特点，是一巨大而复杂的工程。由于低温、高速流动、脱水不完全等原因，油气在输送管道内容易形成冰堵；而由于低温、结蜡等原因，输油管线则易发生凝管、蜡堵等事故。此外，在油气管道清管过程中，管道内部的杂质聚集，容易造成清管器堵塞，若不能及时处理将会造成巨大的经济损失。在某些严重情况下，甚至会导致海底管道停产，造成的经济损失极为巨大。低频声波技术可以用于多相流管道堵塞点的监测和检测。基于低频声波的管道堵塞点检测原理，是指在管道的一端发射一个低频声波信号，由于管道的波导作用，低频声波信号将以平面波的形式在管道内传播，当管道内流体由于水合物冰堵、结蜡或者阀门关闭等原因导致部分或者全部堵塞时，管道声阻抗将发生明显变化，平面声波将发生反射，并沿着管道传输回发射点。通过测量发射声波和反射回声的时间延迟，并结合管道内声速，可精确计算出管道内堵塞点的位置。基于低频声波的油气管道堵塞点监测的核心难点是，必须准确检测到堵塞面反射后的微弱低频回波信号。但实际管道的运行状况千差万别，背景噪声都各不相同，很难准确检测到回波信号。从实际工程经验上看，即便这种背景噪声很多是平稳宽带噪声，低频堵塞回波信号还是很容易受到背景平稳宽带噪声影响，相应会引起系统的误报。对于低频声波信号而言，由于其声学特性具有短时平稳性，低频声波信号的频域谱可以有效表征低频堵塞回波信号的声学特征。因此，为进一步降低系统的误报率，系统应先估计出背景平稳宽带噪声的频谱，然后抑制此背景噪声，才能有效利用低频声波信号获得准确的堵塞信息。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种抑制管道堵塞声信号中宽带背景噪声的方法，从而获得准确的管道堵塞信息。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种抑制管道堵塞声信号中宽带背景噪声的方法，包括对输入的含平稳宽带背景噪声的油气管道堵塞低频回波信号提取其频域谱、对背景噪声的频域谱进行估计、利用维纳滤波器抑制背景噪声的步骤，其特征在于，油气管道堵塞低频回波信号的频域谱提取方法如下1)首先定义油气管道堵塞回波信号模型y (n) =s (η) +b (η)(1)y(n)是数据采集系统采集到的信号，s (η)是管道真实堵塞回波信号，b (η)是背景
噪声信号；
2)将输入信号y(n)分成长度为含有L个互不重叠样点的时间窗，对每个时间窗中的L个样点，用傅里叶变换提取频域谱
权利要求
1. 一种抑制管道堵塞声信号中宽带背景噪声的方法，包括对输入的含平稳宽带背景噪声的油气管道堵塞低频回波信号提取其频域谱、对背景噪声的频域谱进行估计、利用维纳滤波器抑制背景噪声的步骤，其特征在于，油气管道堵塞低频回波信号的频域谱提取方法如下1)首先定义油气管道堵塞回波信号模型 y(n) = s(n)+b(n)(1)y(n)是数据采集系统采集到的信号，s (η)是管道真实堵塞回波信号，b (η)是背景噪声信号；2)将输入信号y(n)分成长度为含有L个互不重叠样点的时间窗，对每个时间窗中的L 个样点，用傅里叶变换提取频域谱.2π, -J—k· 其中k= l，2，...，N-l，y(i)表示主传感器接收到的时域信号，Y(k)就是当前输入信号的频域谱，也称为傅里叶变换谱； 背景噪声的频域谱估计方法如下1)把式(1)变换到频域谱 Y(k) = S(k)+B(k) (3)Y(k)是采集到信号的频域谱，S(k)是目标信号频域谱，B(k)是背景噪声频域谱，2)系统背景噪声频域谱初始化NB{k0) = ^a{k)B{k)(4)k=\3)背景噪声频域谱估计B(k^y(K) Μκ)<βΒ(Κ^) (5)η [B U others其中λ是背景噪声频域谱的更新因子，β是更新控制因子，用来控制堵塞回波信号频域谱和背景噪声频域谱的强弱比率；利用维纳滤波器抑制背景噪声的方法如下1)维纳滤波器参数估计在完成背景噪声频域谱估计的情况下，用下式获取维纳滤波系数(6)Y(k)2)获取维纳滤波S(k) = Y(k)H(k)(γ)3)获取消除背景噪声后的堵塞反射回波时域信号 将式(6)中义⑷做傅里叶逆变换，得λΝ-\ A.271 让s(n) = IS(k).f"(8)k=0即是堵塞低频反射回波信号的时域表示。
2.如权利要求1所述的一种抑制管道堵塞声信号中宽带背景噪声的方法，其特征在于，在油气管道堵塞低频回波信号的频域谱提取的过程中，如果样点的个数L不是2的整数次幂，则将该L个样点补零到N，N为2的整数次幂。
3.如权利要求1或2所述的一种抑制管道堵塞声信号中宽带背景噪声的方法，其特征在于，在背景噪声的频域谱估计的过程中，系统背景噪声频域谱的初始化过程，选择两个状态采集管道背景噪声，分别是管道停输状态、管道启输状态。
4.如权利要求1或2所述的一种抑制管道堵塞声信号中宽带背景噪声的方法，其特征在于，在背景噪声的频域谱估计的过程中，当低频堵塞回波信号能量很低时，信号主要是背景噪声信号，因此选择系统信噪比较低的时刻，进行背景噪声频域谱估计。
5.如权利要求3所述的一种抑制管道堵塞声信号中宽带背景噪声的方法，其特征在于，在背景噪声的频域谱估计的过程中，当低频堵塞回波信号能量很低时，信号主要是背景噪声信号，因此选择系统信噪比较低的时刻，进行背景噪声频域谱估计。
6.如权利要求1或2所述的一种抑制管道堵塞声信号中宽带背景噪声的方法，其特征在于，λ取值0. 8 1. 0，β取值小于3. 0。
7.如权利要求3所述的一种抑制管道堵塞声信号中宽带背景噪声的方法，其特征在于，λ取值0. 8 1. 0，β取值小于3. 0。
8.如权利要求4所述的一种抑制管道堵塞声信号中宽带背景噪声的方法，其特征在于，λ取值0. 8 1. 0，β取值小于3. 0。
9.如权利要求5所述的一种抑制管道堵塞声信号中宽带背景噪声的方法，其特征在于，λ取值0. 8 1. 0，β取值小于3. 0。
全文摘要
本发明涉及一种抑制管道堵塞声信号中宽带背景噪声的方法，包括对输入的含平稳宽带背景噪声的油气管道堵塞低频回波信号提取其频域谱、对背景噪声的频域谱进行估计、利用维纳滤波器抑制背景噪声的步骤。本发明引入维纳滤波器，消除掉了管道背景噪声，有效地提取了堵塞低频反射回波信号的声学特征。系统对缓慢变化的宽带背景噪声有很好的抑制作用，降低了误报率。
文档编号F16L55/02GK102392924SQ20111028133
公开日2012年3月28日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者姚海元, 张海云, 彭国伟, 李新仲, 李清平, 王珏, 秦宇, 黄新华 申请人:中国海洋石油总公司, 中海石油研究中心, 北京寰宇声望智能科技有限公司