[發明專利]一種基于小波分解的暫態信號去噪方法

有效

• 申請號: 201910538714.0
• 申請日: 2019-06-20
• 公開（公告）號: CN110287853B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 莊池杰;曾嶸;余浩;謝施君;鄧軍;錢海;丁玉劍
• 申請（專利權）人: 清華大學;國網四川省電力公司電力科學研究院
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 北京君泊知識產權代理有限公司 11496
• 代理人: 王程遠;胡玉章

本發明涉及一種基于小波分解的暫態信號去噪方法。所述去噪方法包括：采集原始暫態信號；對帶噪的原始暫態信號進行多尺度分解，得到不同各層的小波系數；選擇小波系數能量增量最大的一層l；在第l?1層和l?2層中選擇能量較大的一層為最優分解層；選擇峰效比最大的小波基是最佳小波基；對分解后的小波系數進行閾值處理，得到經過閾值處理后的小波系數；經過閾值處理后的小波系數與第一層尺度系數進行重構，得到去噪后的信號。本發明利用被測信號的小波多尺度分解過程，自適應選擇最優的小波分解層數和最佳小波基。相對于通過固定參數仿真或者各層小波系數的能量得到的分解層數和小波基，本發明所述方案去噪效果更好，普適性更強。

技術領域

本發明涉及數字信號處理領域，具體涉及一種基于小波分解的暫態信號去噪方法。

背景技術

在電力系統中，獲得準確的暫態波形(如電壓、電流波形)，對分析事故原因有著重要意義。在其它工業行業中，也涉及到暫態信號的采集工作。

想要準確監測暫態信號波形，要求暫態信號測量系統有較高的采樣頻率。隨著采樣頻率的提高，采集到的信號會不可避免地含有較多噪聲。噪聲的存在直接影響暫態信號測量的準確性。

用于信號去噪的方法主要有低通濾波去噪、小波分解去噪等。被測暫態信號，如雷電沖擊波形、操作過電壓沖擊波形等，均為暫態非平穩信號。低通濾波器的原理是將某一截止頻率以上的分量全部濾除，在去噪的同時，也會去除部分有用的高頻信號，并且對低頻噪聲沒有抑制作用。小波分解去噪在時域和頻域都具有多分辨率的特點，適合用于非平穩信號的去噪。

小波分解層數和小波基的選擇對小波分解去噪的效果影響十分明顯。對于不同波形的信號，其對應的最優分解層數和最佳小波基不同。因此，本發明提出一種小波去噪方法，能夠根據信號特點，選擇去噪效果最好的小波分解層數和小波基，以提高暫態信號測量準確性。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提出一種基于小波分解的暫態信號去噪方法。首先，將待去噪函數進行多尺度分解，得到不同各層的小波系數；然后，根據不同層小波系數的能量和能量增量確定最優小波分解層數，最后通過各層小波系數的峰效比選擇最佳小波基。為實現上述目的，本發明提供的技術方案如下：

一種基于小波分解的暫態信號去噪方法，包括以下步驟：

步驟1，采集原始暫態信號；

步驟2，對帶噪的原始暫態信號進行多尺度分解，得到不同各層的小波系數；

步驟3，根據步驟2所得的原始暫態信號的小波系數，計算各層小波系數的能量和能量增量，選擇能量增量最大的一層為小波系數全時域分布起始層l；

步驟4，根據步驟3中所得的小波系數全時域分布起始層l，比較第l-1層和l-2層小波系數能量的大小，在第l-1層和l-2層中選擇能量較大的一層為最優分解層a；

步驟5，用所有備選小波基對步驟1采集的原始暫態信號進行小波分解，分解層數為步驟4得到的最優分解層a；計算各個小波基下各層小波系數的峰效比，其中峰效比最大的小波基是最佳小波基；

步驟6，對步驟1中采集的原始暫態信號進行小波多尺度分解，分解層數為步驟4得到的最優分解層a，小波基選擇步驟5得到的最佳小波基；對分解后的小波系數進行閾值處理，其中閾值選擇固定閾值，閾值處理規則選擇軟閾值方法，得到經過閾值處理后的小波系數；

步驟7，將步驟6中經過閾值處理后的小波系數與第一層尺度系數進行重構，得到去噪后的信號。

進一步的，步驟2中，分解層數選擇為m層，小波基選擇sym系列小波基，分解之后得到共m層的小波系數，其中m為大于3的整數。

進一步的，步驟3中，能量和能量增量分別用下式表示：