一种抑制管道堵塞声信号中宽带背景噪声的方法

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。

主权项

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(n)是管道真实堵塞回波信号，b(n)是背景噪声信号；2)将数据采集系统采集到的信号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：$Y\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}y\left(i\right)·e^{-j\frac{2\pi }{N}k·n}---\left(2\right)$其中k＝1，2，...，N-1，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：$B\left(k_0\right)=\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}\alpha \left(k\right)B\left(k\right)---\left(4\right)$3)背景噪声频域谱估计：$B\left(k_n\right)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\lambda B}\left(k_{n-1}\right)+(1-\lambda )Y\left(k_n\right)& \mathrm{ifY}\left(k_n\right)<\mathrm{\beta B}\left(k_{n-1}\right)\\ B\left(k_{n-1}\right)& \mathrm{others}\end{array}\right.---\left(5\right)$其中λ是背景噪声频域谱的更新因子，β是更新控制因子，用来控制堵塞回波信号频域谱和背景噪声频域谱的强弱比率；利用维纳滤波器抑制背景噪声的方法如下：1)维纳滤波器参数估计：在完成背景噪声频域谱估计的情况下，用下式获取维纳滤波系数：$H\left(k\right)=\frac{Y\left(k\right)-B\left(k\right)}{Y\left(k\right)}---\left(6\right)$2)获取维纳滤波：$\hat{S}\left(k\right)=Y\left(k\right)H\left(k\right)---\left(7\right)$3)获取消除背景噪声后的堵塞反射回波时域信号：将式(7)中做傅里叶逆变换，得$\hat{s}\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}\hat{S}\left(k\right)·e^{j\frac{2\pi }{N}k·n}---\left(8\right)$即是堵塞低频反射回波信号的时域表示。