[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

技術領域

本發明涉及輸電線路激光測距領域，具體涉及一種基于改進 EEMD的輸電線路激光測距信號去噪算法。

背景技術

輸電線路的安全可靠運行對于國民經濟的發展具有重大意義。然而，輸電線路大多架設在丘陵、高山等地帶，每年樹木生長茂盛期，因輸電線路走廊安全距離不夠的樹障造成的線路跳閘事故時有發生，對線路的安全運行構成了很大的威脅。此類事故在國內外都有發生，而且部分事件的后果很嚴重，造成大量的經濟損失。目前，電力部門進行線路安全防護基本上還是依靠人工巡線，但巡線工作強度大，效率低，人力物力成本較高，檢查精確度有限，耗時較長、對于安全隱患不能及時發現。

激光測距方法創新性的應用在輸電線路檢測領域，能夠對惡劣環境中運行的輸電線路的運行狀況進行全天候的實時監測，可有效減少由于線路周圍樹木、建筑和施工、運輸等因素引起的電力事故。同時，還能提高測量精度、測量速度方面的檢測要求。激光測距方法為輸電線路檢測方法提供了一個新的思路。然而，激光測距過程中會受到許多噪聲干擾，按噪聲來源可把它們分為：背景噪聲、電子元器件噪聲、探測器噪聲以及信號噪聲等。

自適應濾波器是近30年來發展起來的關于信號處理方法和技術的濾波器，能夠自動地迭代調節自身的濾波器參數，以滿足某種準則的要求，從而實現最優濾波。因此，自適應濾波器具有“自我調節”和“跟蹤”能力。但是，自適應濾波器的參數選擇比較困難，而且對于非平穩信號的去噪，自適應濾波算法不甚理想。針對這一弱點，可先用集合經驗模態分解(EEMD)方法把信號分解到不同頻段上，并對各頻段的信號，分別采用不同的濾波參數進行自適應濾波。其中，集合經驗模態分解，具有將同一信號分解到不同頻段上的功能，是一種更具適應性的時頻分析方法。

發明內容

為實現對含噪的輸電線路激光測距信號進行濾波分析和降噪處理，本申請提出一種基于改進EEMD的輸電線路激光測距信號去噪算法，包括步驟：

S100：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；

S200：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；

S300：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；

S400：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。

在所述步驟S100中，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。

在所述步驟S200中，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。

在所述步驟S300中，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：