基于时域反射技术的分布式周界系统信号增强方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于时域反射技术的分布式周界系统信号增强方法及系统，其中方法包括以下步骤：对获取的预设时间内的传感信号进行缓存；对缓存的传感信号进行离散小波分解；提取分解后的各阶信号分解低频系数；根据各阶信号分解低频系数对分解后的信号进行重构，得到重构后的信号；计算重构信号的差值序列，以去除重构信号中分布式周界系统的低频干扰部分；对差值序列进行求和，得到增强的激励信号。本发明可增强基于时域反射技术的分布式周界系统的信噪比。
【专利说明】基于时域反射技术的分布式周界系统信号增强方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及信号处理方法，尤其涉及一种基于时域反射技术的分布式周界系统信号增强方法及系统。
【背景技术】
[0002]石油管道具有管径大、压力高及输送量大等特点，由于管道防腐覆盖层逐渐老化等突发性的自然灾害，以及人为的打孔盗油现象，导致石油泄漏时有发生，严重地威胁了石油管道输送线路的安全，并导致了原油损失环境污染以及停产停输等一系列严重后果。
[0003]基于时域反射技术的分布式周界系统具有灵敏度高、动态范围大，可长距离连续监测的特点等，在石油管道安全监测中具备广泛的应用前景。但在实际应用中，基于时域反射技术分布式周界系统尽管相对于其他系统有诸多突出优点，但从时间序列信号来看，传感信号中系统自身的相位噪声起伏波动大，真实的扰动信号几乎被淹没于这种背景噪声中，加上实际应用环境复杂，空气流动、声音等各种时变干扰噪声的非线性混叠，直接进行检测与识别也会产生较高的误报率。故在强噪声背景下，提升信噪比并准确检测入侵信号是对精确的入侵定位和降低系统误报率的基础；没有好的信号，一切都是空谈，故对信号本身的增强决定系统的应用前景。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中基于时域反射技术的分布式周界系统中传感信号弱，伴随的噪声强的的缺陷，提供一种滤波后的信号失真小，同时增强有效的激励信号，取得较好信噪比的基于时域反射技术的分布式周界系统信号增强方法及系统。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]提供一种基于时域反射技术的分布式周界系统信号增强方法，包括以下步骤:
[0007]对获取的预设时间内的传感信号进行缓存；
[0008]对缓存的传感信号进行离散小波分解，分解层数n = 1g2 (fs/ (2*fmin))，fs为基于时域反射技术的分布式周界系统的采样频率，ffflin为基于时域反射技术的分布式周界系统的最小频率分辨率；
[0009]提取分解后的各阶信号分解低频系数&1，a2...an ;
[0010]根据各阶信号分解低频系数对分解后的信号进行重构，得到重构后的信号Al，^2*..An ?
[0011]计算重构/[目号的差值序列A1-An, A2-An,..., Alr1-An,以去除重构/[目号中分布式周界系统的低频干扰部分；
[0012]对差值序列进行求和，得到增强的激励信号。
[0013]本发明还提供一种基于时域反射技术的分布式周界系统信号增强系统，包括:
[0014]缓存模块，用于对获取的预设时间内的传感信号进行缓存；
[0015]小波分解模块，用于对缓存的传感信号进行离散小波分解，分解层数η = 1g2 (fs/(2*fmin))，fs为基于时域反射技术的分布式周界系统的采样频率，ffflin为基于时域反射技术的分布式周界系统的最小频率分辨率；
[0016]重构模块，用于提取分解后的各阶信号分解低频系数&1，a2...an，并对各阶信号分解低频系数进行重构，得到重构后的信号A1, A2...An；
[0017]差值序列计算模块，用于计算重构信号的差值序列A1-An, A2-An,..., Alr1-An,以去除重构信号中分布式周界系统的低频干扰部分；
[0018]求和模块，用于对差值序列进行求和，得到增强的激励信号。
[0019]本发明产生的有益效果是:本发明将传感信号进行离散小波分解和重构，并计算重构信号差值序列，其中每个差值序列都包含了激励信号的信息，计算差值序列的同时去除了基于时域反射技术的分布式周界系统的低频干扰部分，提取了系统信号的波动部分，本发明起到了信号增强效果，很好的解决的时域反射技术信号较弱而导致信噪比较差的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0021]图1是本发明基于时域反射技术分布式周界系统的信号增强方法流程图；
[0022]图2是本发明基于时域反射技术分布式周界系统的信号增强系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0024]本发明的基于时域反射技术分布式周界系统的信号增强方法，可有效解决时域反射信号较弱的特点，并且提升信号的同时尽可能的保留了信号信息。本发明主要利用小波分析，小波分析是一种范围可变的窗口方法，它可以用长的时间间隔获得更精确的低频信息，也可以用短的时间间隔获得更精确的高频信息，因而它在时域和频域同时具有良好的局部化性质。利用小波分析对信号增强和降噪的主体思想是:利用小波分析对信号进行小波分解，提取每层分解的低频系数直接进行重构，然后对重构后的信号进行差值运算，然后进行求和得到滤波后的激励信号。本方法达到滤波效果的同时，保留了信号的部分高频信号，滤波后的信号失真小，同时由于求和导致真正的低频激励信号有效的等到增强，具有较好的信噪比。
[0025]在实际的光时域反射技术中由于外界环境波动引入了低频噪声，同时系统也存在部分高频噪声。本发明基于时域反射技术分布式周界系统的信号增强方法具体流程如图1所示，具体信号增强过程如下:
[0026]S1、对获取的预设时间内的传感信号进行缓存，如对5s时间内的传感信号进行缓存。
[0027]S2、对缓存的传感信号进行离散小波分解。因实际中人扰动事件行为的激励响应主要在低频部分，高频部分基本可以作为噪声滤除。在利用小波分解过程中，分解层数与采样率和信号频段有关，分解层数η = log2(fs/(2*fmin))，fs为基于时域反射技术的分布式周界系统的采样频率，fmin为基于时域反射技术的分布式周界系统的最小频率分辨率。如本发明的一个实施例中，基于时域反射技术的分布式周界系统(40km)的系统采样率匕为400Hz，信号频率成分2?10Hz ;最小频率分辨率为fmin = 2Hz ;根据小波分解理论可知分解层数n = 1g2 (fs/ (2*fmin))，由此计算分解层数为7阶；利用小波对数据进行7层分解。
[0028]S3、提取分解后的各阶信号低频分解系数a” a2...an(n = 7)。
[0029]S4、对信号进行小波分解后的信号低频部分进行重构；认为高频部分(dl)为噪声信号不予处理，根据奈奎斯特定律，激励频率在高频100?200Hz时，系统采样率为200?400Hz，但实际使用中采样率至少应为信号频率的3倍；故对于400Hz的系统采样率，100?200Hz可认为高频部分为噪声信号。
[0030]根据各阶信号低频分解系数对分解后的信号进行重构，得到低频部分进行小波重构后的信号A1, A2...An。
[0031]S5、计算重构彳目号差值序列=A1-AwA2-An,...,Alr1-An,以去除重构彳目号中分布式周界系统的低频部分，本发明实施例中该低频部分的频率小于2Hz ;其中每个差值序列都包含了激励信号的信息；计算差值序列的同时去除了分布式周界系统的直流分量，提取了系统信号的波动部分。
[0032]S6、然后对差值序列采用求和来增强激励信号，而非激励信号则被弱化；这样就起到信号增强效果，很好的解决时域反射技术信号较弱而导致信噪比较差的问题。
[0033]S7、输出增强后的信号。
[0034]本发明实施例基于时域反射技术的分布式周界系统信号增强系统，如图2所示，主要包括:
[0035]缓存模块10，用于对获取的预设时间内的传感信号进行缓存；
[0036]小波分解模块20，用于对缓存的传感信号进行离散小波分解，分解层数η =log2(fs/(2*fmin))，fs为基于时域反射技术的分布式周界系统的采样频率，fmin为基于时域反射技术的分布式周界系统的最小频率分辨率；
[0037]重构模块30，用于提取分解后的各阶信号低频分解系数ai，a2...an，并对各阶信号分解系数进行重构，得到重构后的信号A1, A2...An；
[0038]差值序列计算模块40,用于计算重构/[目号的差值序列A1-An, A2-An,..., Alr1-An,以去除重构信号中分布式周界系统的低频干扰部分；
[0039]求和模块50，用于对差值序列进行求和，得到增强的激励信号。
[0040]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于时域反射技术的分布式周界系统信号增强方法，其特征在于，包括以下步骤: 对获取的预设时间内的传感信号进行缓存； 对缓存的传感信号进行离散小波分解，分解层数n = 1g2 (fs/ (2*fmin))，fs为基于时域反射技术的分布式周界系统的采样频率，ffflin为基于时域反射技术的分布式周界系统的最小频率分辨率； 提取分解后的各阶信号分解低频系数a” a2...an ; 根据各阶信号分解低频系数对分解后的信号进行重构，得到重构后的信号Al，^2*..An ? 计算重构号的差值序列A1-An, A2-An,..., Alr1-An,以去除重构信号中分布式周界系统的低频干扰部分； 对差值序列进行求和，得到增强的激励信号。
2.一种基于时域反射技术的分布式周界系统信号增强系统，其特征在于，包括: 缓存模块，用于对获取的预设时间内的传感信号进行缓存； 小波分解模块，用于对缓存的传感信号进行离散小波分解，分解层数n = 1g2 (fs/(2*fmin))，fs为基于时域反射技术的分布式周界系统的采样频率，ffflin为基于时域反射技术的分布式周界系统的最小频率分辨率； 重构模块，用于提取分解后的各阶信号分解系数％，a2...an，并对各阶信号低频分解系数进行重构，得到重构后的信号A1, A2...An； 差值序列计算模块，用于计算重构号的差值序列A1-An, A2-An,...,Alr1-An,以去除重构信号中分布式周界系统的低频干扰部分； 求和模块，用于对差值序列进行求和，得到增强的激励信号。
【文档编号】G08B13/18GK104183074SQ201410436092
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】刘军荣, 印新达, 闫奇众, 董雷 申请人:武汉理工光科股份有限公司