[發明專利]一種基于改進EEMD的輸電線路激光測距信號去噪算法

在審

• 申請號: 201710816455.4
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107607835A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 高曉東;韓正新;鄭連勇;畢斌;喬耀華;李冰冰;袁杰;徐元超;馮迎春;張民;張君;王大鵬;李敏;李永明
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網山東省電力公司檢修公司
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08;G01S17/10;G01S7/48
• 代理公司: 山東濟南齊魯科技專利事務所有限公司37108
• 代理人: 楊彪

1.一種基于改進EEMD的輸電線路激光測距信號去噪算法，其特征在于，包括步驟：

建立輸電線路激光測距信號采集系統，實驗室模擬對可能影響輸電線路的目標物進行采樣數據，以獲得輸電線路激光測距信號；

對實驗所得的輸電線路激光測距信號進行快速EEMD分解，得到一系列本征模態函數IMF；

根據不同的需要和不同的噪聲形式選擇不同個數的IMF進行自適應濾波去噪；

將經過去噪了的IMF相加即可重構期望的輸電線路激光測距信號。

2.如權利要求1所述的一種基于改進EEMD的輸電線路激光測距信號去噪算法，其特征在于，所述的輸電線路激光測距信號采集系統，具體包括步驟：

本方法設計的激光測距系統由三大模塊構成，分別為發射模塊、接收模塊和數據處理控制模塊。其中，發射模塊主要是由驅動電路和激光發射器組成，主要作用是發射一定頻率的對人無害的激光信號；接收模塊主要用于完成將發射器發射過來的激光信號進行回收，將光信號轉換為電信號；數據處理控制模塊主要作用是對測距儀進行控制，計算脈沖的測量時間。

3.如權利要求1所述的一種基于改進EEMD的輸電線路激光測距信號去噪算法，其特征在于，所述的對實驗所得的輸電線路激光測距信號進行快速EEMD分解，具體包括步驟：

A1：在實驗所得的輸電線路激光測距信號x(t)上加入白噪聲序列ω(t)，即：

X(t)＝x(t)+ω(t)(1)

A2：運用經驗模態分解(EMD)將加入白噪聲后的激光測距信號X(t)分解為IMF分量，如下式。

式中，h_j為X(t)分解后的第j個IMF分量，r_n為對X(t)分解后的余項，n為分解層數。

A3：每次在x(t)上加入不同的白噪聲序列ω_i(t)(i＝1,2,...,n)，反復重復步驟A1、A2，則將

X_i(t)＝x(t)+ω_i(t)(3)

分解成

A4：由步驟A3分解得到的各個IMF的均值作為最終結果：

式中，h_j(t)'表示對原始輸電線路激光測距信號x(t)進行EEMD分解后得到的第j個IMF分量。

然而，EEMD分解過程中，在篩選IMF分量時是非常耗時的，導致算法實時性不高。因此本文利用減少取樣的方法將每次篩選IMF分量的取樣點減少為原來的一半，使得EEMD在篩選時可以有效的減少時間。

4.如權利要求1所述的一種基于改進EEMD的輸電線路激光測距信號去噪算法，其特征在于，所述的根據不同的需要和不同的噪聲形式選擇不同個數的IMF進行自適應濾波去噪，具體包括步驟：

本方法采用橫向結構的LMS自適應濾波器，設定x(j)表示輸入的第j個IMF分量，y(j)表示輸出激光信號的第j個IMF分量，d(j)表示第j個IMF的參考量，誤差信號e(j)為d(j)與y(j)之差。自適應濾波器的濾波參數受誤差信號e(j)的控制，根據e(j)的值而自動調整，使之適合下一個的輸入IMF分量x(j+1)，以便使輸出y(j+1)接近于所期望的參考信號d(j+1)。

A1：輸入輸電線路激光測距信號IMF分量組成如下：

x(j)＝s(j)+v(j)(6)

其中，s(j)表示信號的真值，v(j)表示噪聲，假設自適應濾波器是橫向結構的FIR濾波器，則有：

A2：采用最小均方(LMS)算法求濾波器的最佳權系數，以使檢測信號得到改善。濾波器輸出的均方誤差為：

E[e²(j)]＝E[d²(j)]-2P^TW+W^TRW(8)

其中，P＝E[d(j)X^T(j)]，R＝E[X(j)X^T(j)]，P，R分別被稱為與的互相關矢量和參考輸入的自相關矩陣。對于平穩輸入，E[e²(j)]是權系數矢量W的二次型函數。由上式(8)可以推得最優權向量W*＝R^-1P。

A3：采用Widrow-Hoff的LMS算法估計最優權向量，該算法的迭代公式如下：

y(j)＝W^T(j)X(j)(9)

e(j)＝d(j)-W^T(j)X(j)(10)

W(j+1)＝W(j)+2μe(j)X(j)(11)

式中，μ為收斂因子，表征迭代快慢的物理量。其值的選取是相當關鍵的，μ越大，自適應時間越短，自適應過程越快，但它引起的失調也越大，μ值過大易造成系統發散；μ越小，系統越穩定，失調越小，但自適應過程也相應加長，步長μ的選擇應從整個系統要求出發，在滿足精度的前提下，盡量減少自適應時間。