CN108985277B - 一种功率信号中背景噪声滤除方法及*** - Google Patents

一种功率信号中背景噪声滤除方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种功率信号中背景噪声滤除方法及***。所述滤除方法包括：获取实测功率信号参数；对实测功率序列进行划分，确定多个子序列；计算多个所述子序列的自相关函数的均值；根据所述均值确定叠加滤波器的脉冲响应；根据所述脉冲响应，对所述子序列进行滤波，确定滤波后的子序列；将所述滤波后的子序列重新排列，确定滤波后的功率信号序列。采用本发明所提供的滤除方法及***能够有效滤除连续发生的强脉冲功率信号中的背景噪声。

Description

一种功率信号中背景噪声滤除方法及***
技术领域
本发明涉及背景噪声滤除领域，特别是涉及一种功率信号中背景噪声滤除方法及***。
背景技术
负载开关事件检测是能量分解中最为重要的一步，既要检测到事件发生，同时还能确定事件发生的时刻，但是开关事件检测的精度受功率信号(功率序列)中噪声的影响较大，尤其是功率信号中普遍存在着脉冲噪声，进一步影响了检测精度；在负载开关事件检测过程中，对功率信号进行滤波是很重要的一步，常用的消除背景噪声的方法是低通滤波器和中值滤波器对功率信号滤波。
尽管低通滤波器可以有效地滤除背景噪声，并能在一定程度上保持信号的突变性；但是，鉴于信号突变点(功率发生跳变的地方)对于确定开关事件的重要性，希望滤波器不要改变功率信号的突变性，但是低通滤波器往往做不到这一点，低通滤波器会使得突变点不再陡峭，变得光滑，使得突变时间(对应于开关事件的发生时间)难以确定。
中值滤波器虽然在保持信号突变性以及滤除脉冲噪声方面表现突出，但是对于连续发生的强脉冲功率信号中的背景噪声(白噪声)，滤波效果欠佳。
发明内容
本发明的目的是提供一种功率信号中背景噪声滤除方法及***，以解决连续发生的强脉冲功率信号中的背景噪声滤除效果欠佳的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种功率信号中背景噪声滤除方法，包括：
获取实测功率信号参数；所述实测功率信号参数包括实测功率信号序列以及实测功率信号序列长度N；所述实测功率信号序列包括多个实测功率信号，所述实测功率信号为含有噪声的功率信号，N为所述实测功率信号的序号，N≥1；
对所述实测功率序列进行划分，确定多个子序列；所述子序列的长度为L，
Figure BDA0001776121660000021
计算多个所述子序列的自相关函数的均值；
根据所述均值确定叠加滤波器的脉冲响应；
根据所述脉冲响应，对所述子序列进行滤波，确定滤波后的子序列；
将所述滤波后的子序列重新排列，确定滤波后的功率信号序列。
可选的，所述对所述实测功率序列进行划分，确定多个子序列，具体包括：
按照所述实测功率序列的先后次序进行划分，确定多个子序列。
可选的，所述按照所述实测功率序列的先后次序进行划分，确定多个子序列之后，还包括：
判断所述实测功率序列是否存在剩余功率信号，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果表示为所述实测功率序列存在剩余功率信号，将所述剩余功率信号内最后一个功率信号扩充为长度为L的剩余序列，并将所述剩余序列作为所述实测功率序列的子序列。
可选的，所述计算多个所述子序列的自相关函数的均值，具体包括：
根据公式
Figure BDA0001776121660000022
计算多个所述子序列的自相关函数的均值；其中，
Figure BDA0001776121660000023
τ为自相关函数的自变量，在计算自相关函数值时，子序列xi的时间延迟；
Figure BDA0001776121660000024
τ＝-L+1,…,0,…,L-1。
可选的，所述根据所述均值确定叠加滤波器的脉冲响应，具体包括：
根据公式
Figure BDA0001776121660000025
确定叠加滤波器的脉冲响应；其中，
Figure BDA0001776121660000026
d为时间窗的长度，
Figure BDA0001776121660000027
ωd[τ]是叠加滤波器脉冲响应的时间窗。
一种功率信号中背景噪声滤除***，包括：
实测功率信号参数获取模块，用于获取实测功率信号参数；所述实测功率信号参数包括实测功率信号序列以及实测功率信号序列长度N；所述实测功率信号序列包括多个实测功率信号，所述实测功率信号为含有噪声的功率信号，N为所述实测功率信号的序号，N≥1；
子序列确定模块，用于对所述实测功率序列进行划分，确定多个子序列；所述子序列的长度为L，
Figure BDA0001776121660000031
均值计算模块，用于计算多个所述子序列的自相关函数的均值；
脉冲响应确定模块，用于根据所述均值确定叠加滤波器的脉冲响应；
滤波模块，用于根据所述脉冲响应，对所述子序列进行滤波，确定滤波后的子序列；
滤波后的功率信号序列确定模块，用于将所述滤波后的子序列重新排列，确定滤波后的功率信号序列。
可选的，所述子序列确定模块具体包括：
子序列确定单元，用于按照所述实测功率序列的先后次序进行划分，确定多个子序列。
可选的，还包括：
第一判断单元，用于判断所述实测功率序列是否存在剩余功率信号，得到第一判断结果；
子序列扩充单元，用于若所述第一判断结果表示为所述实测功率序列存在剩余功率信号，将所述剩余功率信号内最后一个功率信号扩充为长度为L的剩余序列，并将所述剩余序列作为所述实测功率序列的子序列。
可选的，所述均值计算模块具体包括：
均值计算单元，用于根据公式
Figure BDA0001776121660000032
计算多个所述子序列的自相关函数的均值；其中，
Figure BDA0001776121660000033
τ为自相关函数的自变量，在计算自相关函数值时，子序列xi的时间延迟；
Figure BDA0001776121660000041
τ＝-L+1,…,0,…,L-1。
可选的，所述脉冲响应确定模块具体包括：
脉冲响应确定单元，用于根据公式
Figure BDA0001776121660000042
确定叠加滤波器的脉冲响应；其中，
Figure BDA0001776121660000043
d为时间窗的长度，
Figure BDA0001776121660000044
Figure BDA0001776121660000045
ωd[τ]是叠加滤波器脉冲响应的时间窗。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种功率信号中背景噪声滤除方法及***，通过对实测功率序列进行划分，确定多个子序列，并对每个子序列进行滤波，确定滤波后的子序列，再将对滤波后的子序列重新排列，能够有效滤除连续发生的强脉冲功率信号中的背景噪声。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的功率信号中背景噪声滤除方法流程图；
图2为本发明所提供的子序列划分示意图；
图3为本发明所提供的功率信号中背景噪声滤除***结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种功率信号中背景噪声滤除方法及***，能够有效滤除连续发生的强脉冲功率信号中的背景噪声。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的功率信号中背景噪声滤除方法流程图，如图1所示，一种功率信号中背景噪声滤除方法，包括：
步骤101：获取实测功率信号参数；所述实测功率信号参数包括实测功率信号序列以及实测功率信号序列长度N；所述实测功率信号序列包括多个实测功率信号，所述实测功率信号为含有噪声的功率信号，N为所述实测功率信号的序号，N≥1。
输入实测的功率信号序列P1,P2,…,PN,N为功率信号序列的长度。
步骤102：对所述实测功率序列进行划分，确定多个子序列；所述子序列的长度为L，
Figure BDA0001776121660000051
图2为本发明所提供的子序列划分示意图，如图2所示，选取长度为L的时间窗，
Figure BDA0001776121660000052
符号
Figure BDA0001776121660000053
表示下取整，同时将功率信号序列按照先后次序划分为10个子序列，每个子序列的长度为L，相邻子序列中的数据不重复。除了这10个子序列之外，有可能还有一些功率数据未被划进这10个子序列，并且这些剩余数据的个数小于L。以最后一个数据的值扩充为L个长度的子序列，作为最后一个子序列(第11个子序列)。
步骤103：计算多个所述子序列的自相关函数的均值。
将多个子序列xi重新表示为：
x1＝[P1,P2,…,PL]
x2＝[PL+1,PL+2,…,PL+L]
xi＝[P(i-1)*L+1,P(i-1)*L+2,…,P(i-1)*L+L],i＝1,2,…,11
根据公式
Figure BDA0001776121660000054
计算多个所述子序列的自相关函数的均值；其中，
Figure BDA0001776121660000055
τ为自相关函数的自变量，在计算自相关函数值时，子序列xi的时间延迟；
Figure BDA0001776121660000061
τ＝-L+1,…,0,…,L-1。
步骤104：根据所述均值确定叠加滤波器的脉冲响应。
叠加滤波器的脉冲响应f(τ)为：
Figure BDA0001776121660000062
其中，
Figure BDA0001776121660000063
d为时间窗的长度，决定了滤波器长度，一般
Figure BDA0001776121660000064
ωd[τ]是叠加滤波器脉冲响应的一项，为一种特殊的时间窗；由于这一个时间窗，使得叠加滤波器的脉冲响应为有限脉冲响应滤波器，便于计算。
步骤105：根据所述脉冲响应，对所述子序列进行滤波，确定滤波后的子序列。
根据公式
Figure BDA0001776121660000065
i＝1,2,…,11对每一个子序列进行滤波，其中，运算*表示卷积；
Figure BDA0001776121660000066
为实测数据子序列xi(l)的估计，
Figure BDA0001776121660000067
为滤除了背景噪声的功率信号。
步骤106：将所述滤波后的子序列重新排列，确定滤波后的功率信号序列。
将子序列重新组合，得到滤波后的功率信号序列
Figure BDA0001776121660000068
Figure BDA0001776121660000069
由于第11个序列有可能是通过扩充第N个数据值得到的，所以只需从序列
Figure BDA00017761216600000610
中选取前面的N个数据即可。
图3为本发明所提供的功率信号中背景噪声滤除***结构图，如图3所示，一种功率信号中背景噪声滤除***，包括：
实测功率信号参数获取模块301，用于获取实测功率信号参数；所述实测功率信号参数包括实测功率信号序列以及实测功率信号序列长度N；所述实测功率信号序列包括多个实测功率信号，所述实测功率信号为含有噪声的功率信号，N为所述实测功率信号的序号，N≥1。
子序列确定模块302，用于对所述实测功率序列进行划分，确定多个子序列；所述子序列的长度为L，
Figure BDA0001776121660000071
所述子序列确定模块302具体包括：
子序列确定单元，用于按照所述实测功率序列的先后次序进行划分，确定多个子序列。
第一判断单元，用于判断所述实测功率序列是否存在剩余功率信号，得到第一判断结果；
子序列扩充单元，用于若所述第一判断结果表示为所述实测功率序列存在剩余功率信号，将所述剩余功率信号内最后一个功率信号扩充为长度为L的剩余序列，并将所述剩余序列作为所述实测功率序列的子序列。
均值计算模块303，用于计算多个所述子序列的自相关函数的均值。
所述均值计算模块303具体包括：
均值计算单元，用于根据公式
Figure BDA0001776121660000072
计算多个所述子序列的自相关函数的均值；其中，
Figure BDA0001776121660000073
τ为自相关函数的自变量，在计算自相关函数值时，子序列xi的时间延迟；
Figure BDA0001776121660000074
τ＝-L+1,…,0,…,L-1。
脉冲响应确定模块304，用于根据所述均值确定叠加滤波器的脉冲响应。
所述脉冲响应确定模块304具体包括：
脉冲响应确定单元，用于根据公式
Figure BDA0001776121660000075
确定叠加滤波器的脉冲响应；其中，
Figure BDA0001776121660000076
d为时间窗的长度，
Figure BDA0001776121660000077
Figure BDA0001776121660000078
ωd[τ]是叠加滤波器脉冲响应的时间窗。
滤波模块305，用于根据所述脉冲响应，对所述子序列进行滤波，确定滤波后的子序列。
滤波后的功率信号序列确定模块306，用于将所述滤波后的子序列重新排列，确定滤波后的功率信号序列。
采用本发明所提供的滤除方法及***在实际应用中为一种叠加滤波器，主要滤除背景噪声中的白噪声，该叠加滤波器带通滤波器，比单纯的低通滤波器相比具有更高的截止频率，使得信号突变点的高频特性得以更好地保留，从而可以得到比低通滤波器更好的滤波效果，计算速度更快。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种功率信号中背景噪声滤除方法，其特征在于，包括：
获取实测功率信号参数；所述实测功率信号参数包括实测功率信号序列以及实测功率信号序列长度N；所述实测功率信号序列包括多个实测功率信号，所述实测功率信号为含有噪声的功率信号，N为所述实测功率信号的序号，N≥1；
对所述实测功率序列进行划分，确定多个子序列；所述子序列的长度为L，
Figure FDA0002564311420000011
计算多个所述子序列的自相关函数的均值；
根据所述均值确定叠加滤波器的脉冲响应；所述根据所述均值确定叠加滤波器的脉冲响应，具体包括：根据公式
Figure FDA0002564311420000012
确定叠加滤波器的脉冲响应；其中，
Figure FDA0002564311420000013
d为时间窗的长度，
Figure FDA0002564311420000014
ωd[τ]是叠加滤波器脉冲响应的时间窗；ri[τ]为多个所述子序列的自相关函数的均值；τ为自相关函数的自变量，τ＝-L+1,…,0,…,L-1；
根据所述脉冲响应，对所述子序列进行滤波，确定滤波后的子序列；
将所述滤波后的子序列重新排列，确定滤波后的功率信号序列。
2.根据权利要求1所述的背景噪声滤除方法，其特征在于，所述对所述实测功率序列进行划分，确定多个子序列，具体包括：
按照所述实测功率序列的先后次序进行划分，确定多个子序列。
3.根据权利要求2所述的背景噪声滤除方法，其特征在于，所述按照所述实测功率序列的先后次序进行划分，确定多个子序列之后，还包括：
判断所述实测功率序列是否存在剩余功率信号，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果表示为所述实测功率序列存在剩余功率信号，将所述剩余功率信号内最后一个功率信号扩充为长度为L的剩余序列，并将所述剩余序列作为所述实测功率序列的子序列。
4.根据权利要求1所述的背景噪声滤除方法，其特征在于，所述计算多个所述子序列的自相关函数的均值，具体包括：
根据公式
Figure FDA0002564311420000021
计算多个所述子序列的自相关函数的均值；其中，
Figure FDA0002564311420000022
τ为自相关函数的自变量，即在计算自相关函数值时，子序列xi的时间延迟；
Figure FDA0002564311420000023
5.一种功率信号中背景噪声滤除***，其特征在于，包括：
实测功率信号参数获取模块，用于获取实测功率信号参数；所述实测功率信号参数包括实测功率信号序列以及实测功率信号序列长度N；所述实测功率信号序列包括多个实测功率信号，所述实测功率信号为含有噪声的功率信号，N为所述实测功率信号的序号，N≥1；
子序列确定模块，用于对所述实测功率序列进行划分，确定多个子序列；所述子序列的长度为L，
Figure FDA0002564311420000024
均值计算模块，用于计算多个所述子序列的自相关函数的均值；
脉冲响应确定模块，用于根据所述均值确定叠加滤波器的脉冲响应；所述脉冲响应确定模块具体包括：脉冲响应确定单元，用于根据公式
Figure FDA0002564311420000025
确定叠加滤波器的脉冲响应；其中，
Figure FDA0002564311420000026
d为时间窗的长度，
Figure FDA0002564311420000027
Figure FDA0002564311420000028
ωd[τ]是叠加滤波器脉冲响应的时间窗；ri[τ]为多个所述子序列的自相关函数的均值；τ为自相关函数的自变量，τ＝-L+1,…,0,…,L-1；
滤波模块，用于根据所述脉冲响应，对所述子序列进行滤波，确定滤波后的子序列；
滤波后的功率信号序列确定模块，用于将所述滤波后的子序列重新排列，确定滤波后的功率信号序列。
6.根据权利要求5所述的背景噪声滤除***，其特征在于，所述子序列确定模块具体包括：
子序列确定单元，用于按照所述实测功率序列的先后次序进行划分，确定多个子序列。
7.根据权利要求6所述的背景噪声滤除***，其特征在于，还包括：
第一判断单元，用于判断所述实测功率序列是否存在剩余功率信号，得到第一判断结果；
子序列扩充单元，用于若所述第一判断结果表示为所述实测功率序列存在剩余功率信号，将所述剩余功率信号内最后一个功率信号扩充为长度为L的剩余序列，并将所述剩余序列作为所述实测功率序列的子序列。
8.根据权利要求5所述的背景噪声滤除***，其特征在于，所述均值计算模块具体包括：
均值计算单元，用于根据公式
Figure FDA0002564311420000031
计算多个所述子序列的自相关函数的均值；其中，
Figure FDA0002564311420000032
τ为自相关函数的自变量，即在计算自相关函数值时，子序列xi的时间延迟；
Figure FDA0002564311420000033
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