CN111273129B - 基于复合测试信号的电缆缺陷检测方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种基于复合测试信号的电缆缺陷检测方法、装置、计算机设备和存储介质，在需要电缆缺陷检测时，先获取本次采用的电缆检测算法模型以及在该模型对应测试信号的N种参数模式，针对不同的参数模式分别发送对应的测试信号，可以获取不同测试信号下电缆的反射信号，选取最显著的反射信号进行电缆缺陷定位，使得进行电缆缺陷定位的反射信号是最符合当前应用场景的，可以显著提升电缆缺陷定位精度。
Description
技术领域
本申请涉及缺陷检测技术领域，特别是涉及一种基于复合测试信号的电缆缺陷检测方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
配电电缆是电网***的重要组成部分，由于不同电缆自身质量、使用环境、使用年限等有所差异，导致某些电缆可能存在一些缺陷，因此的电缆缺陷检测对于保证电网安全可靠运行有着重要意义。
目前，针对电缆缺陷的在线检测的方法主要有噪声反射法(NDR)、载波测试法、直接序列时域反射法(Sequence Time Delay Reflectometry，STDR)及扩展频谱时域反射法(Spread Spectrum Time Delay Reflectometry，SSTDR)等，其中以SSTDR作为技术主流，SSTDR是在TDR的基础上发展起来的电缆故障检测与定位技术，能够较准确地检测电缆缺陷。早期对SSTDR法的研究主要用于电话双绞线中阻抗不匹配点的检测，进一步研究，将其应用到飞机通信线缆的故障在线检测中，发现即使是在较低的信噪比情况下，SSTDR法仍能够获得较好的定位效果。
虽然传统SSTDR法具备较佳的电缆缺陷检测效果，但是在实际应用中受到复杂检测环境因素的影响，其同样存在缺陷检测精度不高的缺陷，因此，有必要针对电缆缺陷检测方案进行进一步的研究，提升缺陷检测的精度。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种缺陷定位精度高的基于复合测试信号的电缆缺陷检测方法、装置、计算机设备和存储介质。
一种基于复合测试信号的电缆缺陷检测方法，所述方法包括：
识别电缆检测算法模型、并获取所述电缆检测算法模型对应测试信号的N种参数模式，所述N为正整数；
随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于所述测试参数模式发送测试信号；
当所述N种参数模式中存在未选取的参数模式时，返回所述随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于所述测试参数模式发送测试信号的步骤；
采集电缆的反射信号，得到反射信号集，在所述反射信号集中选取最显著的反射信号；
根据所述电缆检测算法模型、所述最显著的反射信号以及所述最显著的反射信号对应的测试信号进行电缆缺陷检测，定位电缆缺陷位置。
在其中一个实施例中，所述采集电缆的反射信号，得到反射信号集，在所述反射信号集中选取最显著的反射信号包括：
采集电缆的反射信号，构建反射信号集；
检测所述反射信号集中是否存在显著性大于预设阈值的反射信号；
若存在，则停止发送测试信号，将显著性大于预设阈值的反射信号作为最显著的反射信号；
若不存在，则选取所述反射信号集中最显著的反射信号。
在其中一个实施例中，反射信号的显著性通过以下方式处理得到：
获取反射信号与对应的测试信号；
对所述反射信号和对应的测试信号进行时域相关处理，得到输出信号；
提取所述输出信号的幅度和宽度；
根据所述输出信号的幅度和宽度，确定所述反射信号的显著性。
在其中一个实施例中，所述采集电缆的反射信号，得到反射信号集包括：
采集电缆的反射信号；
将不同所述反射信号隔离归集，得到反射信号集。
在其中一个实施例中，上述基于复合测试信号的电缆缺陷检测方法还包括：
当所述N种参数模式中不存在未选取的参数模式、且未采集到反射信号时，判定电缆不存在缺陷。
在其中一个实施例中，测试信号的参数模式包括不同的载波频率、调制方式、信号持续时间、PN序列的类型、码元持续时间及码元的周期组合下对应的模式。
在其中一个实施例中，所述随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于所述测试参数模式发送测试信号包括；
随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于所述测试参数模式采用时分复用、频分复用或码分复用发送测试信号。
一种基于复合测试信号的电缆缺陷检测装置，所述装置包括：
数据获取模块，用于识别电缆检测算法模型、并获取所述电缆检测算法模型对应测试信号的N种参数模式，所述N为正整数；
测试发送模块，用于随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于所述测试参数模式发送测试信号；
循环测试模块，用于当所述N种参数模式中存在未选取的参数模式时，控制所述测试发送模块重新执行所述随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于所述测试参数模式发送测试信号的操作；
反射采集模块，用于采集电缆的反射信号，得到反射信号集，在所述反射信号集中选取最显著的反射信号；
缺陷定位模块，用于根据所述电缆检测算法模型、所述最显著的反射信号以及所述最显著的反射信号对应的测试信号进行电缆缺陷检测，定位电缆缺陷位置。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
识别电缆检测算法模型、并获取所述电缆检测算法模型对应测试信号的N种参数模式，所述N为正整数；
随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于所述测试参数模式发送测试信号；
当所述N种参数模式中存在未选取的参数模式时，返回所述随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于所述测试参数模式发送测试信号的步骤；
采集电缆的反射信号，得到反射信号集，在所述反射信号集中选取最显著的反射信号；
根据所述电缆检测算法模型、所述最显著的反射信号以及所述最显著的反射信号对应的测试信号进行电缆缺陷检测，定位电缆缺陷位置。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
识别电缆检测算法模型、并获取所述电缆检测算法模型对应测试信号的N种参数模式，所述N为正整数；
随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于所述测试参数模式发送测试信号；
当所述N种参数模式中存在未选取的参数模式时，返回所述随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于所述测试参数模式发送测试信号的步骤；
采集电缆的反射信号，得到反射信号集，在所述反射信号集中选取最显著的反射信号；
根据所述电缆检测算法模型、所述最显著的反射信号以及所述最显著的反射信号对应的测试信号进行电缆缺陷检测，定位电缆缺陷位置。
上述基于复合测试信号的电缆缺陷检测方法、装置、计算机设备和存储介质，在需要电缆缺陷检测时，先获取本次采用的电缆检测算法模型以及在该模型对应测试信号的N种参数模式，针对不同的参数模式分别发送对应的测试信号，可以获取不同测试信号下电缆的反射信号，选取最显著的反射信号进行电缆缺陷定位，使得进行电缆缺陷定位的反射信号是最符合当前应用场景的，可以显著提升电缆缺陷定位精度。
附图说明
图1为一个实施例中基于复合测试信号的电缆缺陷检测方法的应用环境图；
图2为一个实施例中基于复合测试信号的电缆缺陷检测方法的流程示意图；
图3为一个实施例中SSTDR电缆故障检测模型示意图；
图4为另一个实施例中基于复合测试信号的电缆缺陷检测方法的流程示意图；
图5为m序列生成示意图；
图6为Gold序列生成示意图；
图7为一个实施例中基于复合测试信号的电缆缺陷检测装置的结构框图；
图8为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的基于复合测试信号的电缆缺陷检测方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，电缆缺陷检测设备102与电缆104(待测电缆)连接，电缆缺陷检测设备102获取已加载的电缆检测算法模型以及电缆检测算法模型对应测试信号的N种参数模式，随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于测试参数模式发送测试信号至电缆104，当N种参数模式中存在未选取的参数模式时，返回随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于测试参数模式发送测试信号至电缆104的操作，电缆缺陷检测设备102捕捉电缆104反馈的反射信号，得到反射信号集，在反射信号集中选取最显著的反射信号，根据电缆检测算法模型、最显著的反射信号以及最显著的反射信号对应的测试信号进行电缆缺陷检测，定位电缆104的缺陷位置。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种基于复合测试信号的电缆缺陷检测方法，以该方法应用于图1中的电缆检测设备102为例进行说明，包括以下步骤：
S100：识别电缆检测算法模型、并获取电缆检测算法模型对应测试信号的N种参数模式，N为正整数。
电缆检测算法模型是指运行电缆检测算法的模型，该模型可以是基于噪声反射法、载波测试法、直接序列时域反射法或扩展频谱时域反射法等电缆缺陷检测算法构建的模型，优先的，可以选择基于扩展频谱时域反射法构建的电缆检测算法模型。不同的电缆检测算法模型一般有不同的测试信号参数模式，参数模式是指不同的载波频率、调制方式、信号持续时间、PN序列的类型、码元持续时间及码元的周期组合下对应的模式，即在不同参数模式下生成的测试信号在载波频率、调制方式、信号持续时间、PN序列的类型、码元持续时间及码元的周期组合等方面存在单项或多项不同。在这里，电缆缺陷检测设备识别当前自身对应的电缆检测算法模型，并且获取当前电缆检测算法模型对应测试信号的N种参数模式，例如电缆缺陷检测设备识别当前自身为SSTDR电缆故障检测算法模型，获取SSTDR电缆故障检测算法模型对应测试信号的N种参数模式。
在实际应用中，服务器可以加载电缆检测算法模型，通过软件模拟仿真的方式模拟硬件设备执行电缆缺陷检测过程；另外，电缆检测算法模型还可以是植入有电缆检测算法的电子设备，该电子设备可以包括参数模式选择模块、PN序列发生器、信号调制模块、信号发射模块、反射信号采集、缺陷信号处理、缺陷类型判断和缺陷点定位，其具体结构示意图可以参见图3，这些组成器件协调工作执行本申请电缆检测算法，定位电缆的缺陷位置。
S200：随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于测试参数模式发送测试信号。
随机选取一些参数模式作为测试参数模式，基于测试参数模式发送测试信号至电缆(待测电缆)。在随机选取的过程中可以一次只选择一个参数模式，即一次只生成、发送单个测试信号至电缆，还可以一次选择多个参数模式，即一次生成、发送一定数量的测试信号至电缆，为区分不同测试参数模式下的测试信号，可以通过时分复用、频分复用以及码分复用的方式发送测试信号。可以理解，若在测试信号发送时基于时分复用方式发送测试信号，在后续缺陷检测时，对采集的反射信号基于对应时分解复用后进行检测；若在测试信号发送时基于频分复用方式发送测试信号，在后续缺陷检测时，对采集的反射信号基于对应频分解复用后进行检测；若在测试信号发送时基于码分复用方式发送测试信号，在后续缺陷检测时，对采集的反射信号基于对应码分解复用后进行检测。进一步的，为了减少重复发送相同测试参数模式下的测试信号，在选取的过程中可以采用不重复随机选取的方式，即单个参数模式只会被选择一次作为测试参数模式。在实际应用中，可以基于参数模式生成不同的测试信号，构建测试信号列表和对应的测试信号集合，基于测试信号列表的顺序，从测试信号集合中一次性选择发送单个或多个测试信号至电缆。
S300：当N种参数模式中存在未选取的参数模式时，返回S200。
当还存在未被选取的参数模式时，表明还有新的测试信号未被使用，此时返回步骤S200继续发送测试信号至电缆。当N种参数模式都已经被选取时，进入步骤S400。例如若N为5，分别有A、B、C、D、E5种参数模式，在第一轮时，选取A参数模式生成测试信号A发送至电缆，判断当前5种参数模式中还存在未选择的参数模式B、C、D、E，则返回步骤S200继续选取B参数模式，生成测试信号B发送至电缆……，选取E参数模式生成测试信号E发送至电缆，判断当前5种参数模式都已被选取，不存在未选取的参数模式，则进入下一步骤S400。可以理解针对单次选择多个参数模式的实施例与上述实施例类似，在此不再赘述。
S400：采集电缆的反射信号，得到反射信号集，在反射信号集中选取最显著的反射信号。
在发送测试信号至电缆的同时，针对电缆的反射信号进行采集，得到反射信号集，并且在反射信号集中选取最显著的反射信号。若电缆存在缺陷，一般来说，每一个测试信号都会对应一个反射信号，在采集电缆的发射信号同时，可以将不同的反射信号隔离归集，得到反射信号集。最显著的反射信号具体可以是指与对应测试信号之间时域相关性偏差最明显的反射信号，即与对应测试信号之间在进行时域相关性处理之后信号的振幅和宽度最大的反射信号。可以理解，最显著的反射信号最能准确表征电缆缺陷位置，因此，选择其进入下一步的电缆缺陷位置定位。
S500：根据电缆检测算法模型、最显著的反射信号以及最显著的反射信号对应的测试信号进行电缆缺陷检测，定位电缆缺陷位置。
根据选取的最显著的反射信号、其对应的测试信号以及电缆算法模型进行电缆缺陷检测，定位电缆缺陷位置。具体来说，对每一种参数模式进行反射波显著性的计算，选取显著性最大的反射信号作为最优的反射信号，并对电缆缺陷位置进行定位。当电缆中存在缺陷点时，发射信号会在阻抗不匹配处发生反射，根据时域反射法的基本原理，可得缺陷点和测量点的相对距离为：
上式中，v0表示入射波在电缆中的传播速度，v0为缺陷信号的时延值，dis为缺陷点和测量点的相对距离。
上述基于复合测试信号的电缆缺陷检测方法，在需要电缆缺陷检测时，先获取本次采用的电缆检测算法模型以及在该模型对应测试信号的N种参数模式，针对不同的参数模式分别发送对应的测试信号，可以获取不同测试信号下电缆的反射信号，选取最显著的反射信号进行电缆缺陷定位，使得进行电缆缺陷定位的反射信号是最符合当前应用场景的，可以显著提升电缆缺陷定位精度。
如图4所示，在其中一个实施例中，步骤S400包括：
S420：采集电缆的反射信号，构建反射信号集。
S440：检测反射信号集中是否存在显著性大于预设阈值的反射信号。
S462：若存在，则停止发送测试信号，将显著性大于预设阈值的反射信号作为最显著的反射信号。
S464：若不存在，则选取反射信号集中最显著的反射信号。
预设阈值是预先设定的表征明显显著性的阈值，其可以根据历史经验数据、专家数据等设定，显著性大于预设阈值，则表明发射信号已经满足缺陷检测精度所需，此时无需发送后续的测试信号，将显著性大于预设阈值的反射信号作为最显著的反射信号；若不存在显著性大于预设阈值的反射信号，则从反射信号集中选取最显著的反射信号。停止发送测试信号是指若在检测到显著性大于预设阈值的反射信号，则停止继续发送测试信号至电缆，电缆缺陷检测设备停止发送测试信号的操作，进入下一阶段缺陷定位的操作。
为进一步说明，下面继续采用上述应用实例描述，在发送A测试信号之后，电缆缺陷检测设备采集A反射信号进行显著性检测；发送B测试信号之后，采集B反射信号进行显著性检测；发送C测试信号之后，采集C反射信号进行显著性检测；构建当前的反射信号集包括A反射信号、B反射信号、C反射信号，当检测到C反射信号为显著性大于预设阈值的反射信号，此时停止发送D测试信号和E测试信号，直接以C反射信号进入下一步缺陷定位操作；若在接收到E反射信号均未检测到显著性大于预设阈值的反射信号，则从反射信号集中选取显著性最大的反射信号进入下一步缺陷定位操作。
在其中一个实施例中，反射信号的显著性通过以下方式处理得到：
获取反射信号与对应的测试信号；对反射信号和对应的测试信号进行时域相关处理，得到输出信号；提取输出信号的幅度和宽度；根据输出信号的幅度和宽度，确定反射信号的显著性。
一般来说，输出信号的幅度和宽度越大，反射信号的显著性越佳，进一步，可以通过公式的方式直接将显著性量化。在实际应用中，可以将反射信号和对应的测试信号发送至时域相关器，提取时域相关器输出信号的幅度和宽度，根据预设显著性计算公式，获取反射信号的显著性。预设显著性计算公式如下：
L＝w1(A-A0)+w2(K-K0)
上式中，A和K分别为时域相关器输出信号的幅度和宽度，A0和K0为预设的阈值，w1和w2为预设的权重，A0和K0，w1和w2的值根据专家的经验给出。
在其中一个实施例中，采集电缆的反射信号，得到反射信号集包括：
采集电缆的反射信号；将不同反射信号隔离归集，得到反射信号集。
对发射信号经过电缆后的反射信号进行采集和信号隔离措施。在实际应用中，可以利用高速模数转换器完成对反射信号的离散化采集，信号隔离是指故障点的信号在反射过程中会与正向传播的测试信号发生叠加，因此是需要对测试信号进行隔离，也就是将正向传播的信号分离开来，此时可以设计网络变压器来实现，网络变压器的作用包括电气隔离、共模和差模噪声抑制，具有高压信号的隔离、电磁干扰信号的抑制以及信号耦合的作用，其基本结构包括共模扼流圈、自耦变压器等两大构件，能够有效地实现信号隔离。
在其中一个实施例中，上述基于复合测试信号的电缆缺陷检测方法还包括：
当N种参数模式中不存在未选取的参数模式、且未采集到反射信号时，判定电缆不存在缺陷。
当持续发送测试信号都未接收到反射信号时，表明当前电缆是正常的，其不存在缺陷。
为更进一步详细解释本申请基于复合测试信号的电缆缺陷检测方法的技术方案、技术原理及其效果，下面将采用以SSTDR电缆故障检测算法模型为应用实例，通过严谨的数学公式推导详细描述整个过程。
SSTDR电缆故障检测算法模型如图3所示，该检测算法模型包括以下部分：参数模式选择、振荡器、脉冲发生器、PN序列发生器、信号调制模块、相位延时器、反射信号采集和信号隔离模块、时域相关器和缺陷类型判断和缺陷点定位等部分。
图3所示算法首先选择相应的参数模式(包括不同组合的载波频率、调制方式、信号持续时间、PN序列的类型、码元持续时间及码元的周期等)，再通过振荡器生成脉冲信号，用来驱动PN序列发生器，并将产生的PN序列对余弦波进行调制，形成发射信号注入到待测电缆中。同时另一路振荡信号经过延时后，经过和发射信号相同的方式形成了参考信号。发射信号在电缆中传播时如果遇到缺陷点，则会发生反射，接收反射信号后，***将延时后的参考信号与采集到的反射信号送到时域相关器中，获得信号的延迟时间，结合反射原理计算缺陷位置，并根据相关器输出信号的峰值点特征判断电缆缺陷类型，最后输出相应结果。
下面详细阐述在该应用实例中，本申请基于复合测试信号的电缆缺陷检测方法的实现过程：
步骤1：建立复合测量信号的SSTDR电缆故障检测模型，并设置测试信号的N种参数模式，初始化i＝0。
具体步骤如下：
步骤1-1：设置不同组合的载波频率、调制方式、信号持续时间、PN序列的类型、码元持续时间及码元的周期。在SSTDR方法的检测中，不同组合的载波频率、调制方式、信号持续时间、PN序列的类型、码元持续时间及码元的周期的选取方法如下：
对于载波频率，选取PN序列码元速率的0.25倍、0.5倍、1倍、2倍、4倍总共五种载波频率，即f1＝0.25RB；f2＝0.5RB；f3＝RB；f4＝2RB；f5＝4RB，其中RB是PN序列的码元速率，RB＝Tc-1，其中Tc是码元持续的时间。对于调制方式，调制方式包含二进制幅度键控(2ASK)、二进制频移键控(2FSK)、二进制相移键控(2PSK)三种，三种调制方式的定义如下：二进制幅度键控(2ASK)分别用“0”、“1”的数字信号去键控一个连续载波，根据二进制的信息来控制载波的幅度变化，其表达式为：
上式中，p2ASK(t)是经过2ASK调制后的信号，s(t)是单极性非归零矩形脉冲序列，ω是载波的角速度，t是时刻，Tc为PN序列码元持续时间，g(t)是宽度为Tc，幅度为an的脉冲，an∈[0,1]，且an取1概率为p，取0的概率为1-p。
二进制频移键控(2FSK)利用载波的频率来对应不同的数字信息，2FSK载波频率在两个不同频率f1和f2之间切换，表达式为：
p2FSK(t)＝s1(t)cos(2πf1t)+s2(t)cos(2πf2t)
上式中，p2FSK(t)是经过2FSK调制后的信号，s1(t)是单极性非归零矩形脉冲序列，s2(t)是对s1(t)逐码元取反形成的脉冲序列，g(t)是宽度为Tc，幅度为an的脉冲，a1∈[0,1]，且a1取1概率为p，取0的概率为1-p，a2是a1的反码表示。
二进制相移键控(2PSK)利用载波相位变化来传递不同信息，其时域可表述为：
其中p2PSK(t)是经过2PSK调制后的信号，s(t)是是双极性非归零矩形脉冲序列，an∈[-1,1]，且an取1概率为p，取-1的概率为1-p。
对于PN序列的类型，包括m序列、Gold码、Kasami码、Barker码、Legendre序列等。上述各种序列介绍和生成方法如下：
m序列是由多级线性移位寄存器生成的序列，基本生成原理如图5所示；
Gold序列是由一对时钟速率相等，码长相同的m序列相加并模2生成，生成原理如图6所示。
Kasami序列同样可由m序列得到，分为大小Kasami序列集，其中小Kasami序列集为大Kasami序列集的子集。小序列集可由周期为N＝2n-1的m序列抽样得到，大序列集由一个m序列优选对与第三者序列构造得到。
Barker码为一种具有特殊规律的非周期二进制码组，该序列码元只能取+1或者-1。目前已知的只有7组，如下所示：
2位Barker码：+1,+1
3位Barker码：+1,+1,-1
4位Barker码：+1,+1,+1,-1和+1,+1,-1,+1
5位Barker码：+1,+1,+1,-1,+1
7位Barker码：+1,+1,+1,-1,-1,+1,-1
11位Barker码：+1,+1,+1,-1,-1,-1,+1,-1,-1,+1,-1
13位Barker码：+1,+1,+1,+1,+1,-1,-1,+1,+1,-1,+1,-1,+1
Legendre序列又被称为二次剩余序列，二次剩余的定义是：指定一个奇数p，若能在1到p内找到一个整数x使得等式x2≡i(mod p)成立(其中i为某一整数，mod为求余运算符)，则认为i为模p的二次剩余，否则称i为模p的二次非剩余。则Legendre序列定义如下：
上式中ai是码元序列值。对于码元持续的时间Tc和码元周期N，根据专家经验值进行选取；对于信号持续时间，可选择PN序列周期的整数倍，例如N，2N，3N…，其中N为PN序列的周期。
步骤1-2：对于步骤1-1中的各类参数模式，选择并设置测试信号的N种参数模式，接下来初始化i＝0。
步骤2：以第i种参数模式发射测试信号，并记录下反射信号。
步骤2-1：SSTDR电缆缺陷检测的原理图如图6所示，对某种参数模式来说，具体的检测过程如下：
SSTDR检测的发射信号s(t)可表示为：
s(t)＝mod[c·cosωt]
上式中，c＝[c0,c1,c2,...cN-1]表示PN序列发生器生成的长度为N的双极性二进制序列(即cn∈{-1,1})，符号mod()表示载波的调制，主要包括2ASK、2FSK、2PSK三种；
步骤2-2：信号被调制后，***将信号注入到待测电缆中，主要是将信号发生器产生的离散序列经过数模转换器后变成连续信号注入到待测电缆中，若电缆有缺陷，则信号经过缺陷处反射后，被信号接收装置接收；
步骤2-3：对发射信号经过电缆后的反射信号进行采集和信号隔离措施，主要利用高速模数转换器完成对反射信号的离散化采集，信号隔离是指故障点的信号在反射过程中会与正向传播的测试信号发生叠加，因此是需要对测试信号进行隔离，也就是将正向传播的信号分离开来，此时可以设计网络变压器来实现，网络变压器的作用包括电气隔离、共模和差模噪声抑制，具有高压信号的隔离、电磁干扰信号的抑制以及信号耦合的作用，其基本结构包括共模扼流圈、自耦变压器等两大构件，能够有效地实现信号隔离；
步骤2-4：采集反射信号并采取信号隔离措施后，将其与延时后参考信号送入到相关器中，得到相关器输出为：
上式中，Rsr(t)表示时域相关器的输出信号；t表示时间变量；τ表示积分变量；r(t)＝∑aks(t-Tk)+n(t)是接收信号经过信号隔离后的输出，s(τ)是发射信号s(t)对τ的积分；s(t-Tk)是延时Tk后的发射信号，即参考信号；Tk(k＝1,2,3...)表示反射信号的延迟时间，ak(t-τ-Tk)是衰减系数ak对(τ+Tk)延时后的中间量，n(t-τ)是噪声信号n(t)延时τ后的中间量，式中对T的积分表示对整个反射信号时间进行积分。
若噪声信号为高斯白噪声，则：
因此，相关器输出的期望值为：
上式中，E{Rsr(t)}表示相关器输出的期望值，τ为积分变量，Tk(k＝1,2,3...)是反射信号的延迟时间，ak(t-τ-Tk)是衰减系数ak对(τ+Tk)延时后的中间量，式中对T的积分表示对整个反射信号时间进行积分。对E{Rsr(t)}的峰值作为特征结合专家经验进行检测，即可得到电缆缺陷的类型。
步骤3：i＝i+1，若i<N，则转步骤2。即采集相应的反射信号后，切换到下一种参数模式，同样以步骤2的方法进行反射信号的采集。
步骤4：若步骤2得到的所有反射信号中未检测出反射信号，则判断上述电缆无缺陷，否则从所有反射信号中选择反射波最显著的反射信号对缺陷进行定位。
步骤4中，反射波的显著性采用下式来衡量。
L＝w1(A-A0)+w2(K-K0)
其中，A和K分别为时域相关器输出信号的幅度和宽度，A0和K0为预设的阈值，w1和w2为预设的权重，A0和K0，w1和w2的值根据专家的经验给出。
步骤4中，对每一种参数模式进行反射波显著性的计算，选取显著性最大的反射信号作为最优的反射信号，并对电缆缺陷位置进行定位。定位的方法如下：
当电缆中存在缺陷点时，发射信号会在阻抗不匹配处发生反射，根据时域反射法的基本原理，可得缺陷点和测量点的相对距离为：
上式中，v0表示入射波在电缆中的传播速度，v0为缺陷信号的时延值，dis为缺陷点和测量点的相对距离。上述基于复合测试信号的SSTDR电缆缺陷检测方法中，若第i种参数模式中检测到反射信号的显著性大于预设值，则使用上述反射信号对缺陷进行定位，不发射第i+1至第N-1种参数模式的测试信号。
应该理解的是，虽然图2和图4的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2和图4中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图7所示，提供了一种基于复合测试信号的电缆缺陷检测装置，装置包括：
数据获取模块100，用于识别电缆检测算法模型、并获取电缆检测算法模型对应测试信号的N种参数模式，N为正整数；
测试发送模块200，用于随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于测试参数模式发送测试信号；
循环测试模块300，用于当N种参数模式中存在未选取的参数模式时，控制测试发送模块重新执行随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于测试参数模式发送测试信号的操作；
反射采集模块400，用于采集电缆的反射信号，得到反射信号集，在反射信号集中选取最显著的反射信号；
缺陷定位模块500，用于根据电缆检测算法模型、最显著的反射信号以及最显著的反射信号对应的测试信号进行电缆缺陷检测，定位电缆缺陷位置。
上述基于复合测试信号的电缆缺陷检测装置，在需要电缆缺陷检测时，先获取本次采用的电缆检测算法模型以及在该模型对应测试信号的N种参数模式，针对不同的参数模式分别发送对应的测试信号，可以获取不同测试信号下电缆的反射信号，选取最显著的反射信号进行电缆缺陷定位，使得进行电缆缺陷定位的反射信号是最符合当前应用场景的，可以显著提升电缆缺陷定位精度。
在其中一个实施例中，反射采集模块400还用于采集电缆的反射信号，构建反射信号集；检测反射信号集中是否存在显著性大于预设阈值的反射信号；若存在，则停止发送测试信号，将显著性大于预设阈值的反射信号作为最显著的反射信号；若不存在，则选取反射信号集中最显著的反射信号。
在其中一个实施例中，反射信号的显著性通过以下方式处理得到：
获取反射信号与对应的测试信号；对反射信号和对应的测试信号进行时域相关处理，得到输出信号；提取输出信号的幅度和宽度；根据输出信号的幅度和宽度，确定反射信号的显著性。
在其中一个实施例中，反射采集模块400还用于采集电缆的反射信号；将不同反射信号隔离归集，得到反射信号集。
在其中一个实施例中，缺陷定位模块500还用于当N种参数模式中不存在未选取的参数模式、且未采集到反射信号时，判定电缆不存在缺陷。
在其中一个实施例中，测试信号的参数模式包括不同的载波频率、调制方式、信号持续时间、PN序列的类型、码元持续时间及码元的周期组合下对应的模式。
在其中一个实施例中，测试发送模块200还用于随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于测试参数模式采用时分复用、频分复用或码分复用发送测试信号。
关于基于复合测试信号的电缆缺陷检测装置的具体限定可以参见上文中对于基于复合测试信号的电缆缺陷检测方法的限定，在此不再赘述。上述基于复合测试信号的电缆缺陷检测装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图8所示。该计算机设备包括通过***总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作***、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作***和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储不同基于复合测试信号的电缆缺陷检测算法模型与对应测试信号的参考模式等数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于复合测试信号的电缆缺陷检测方法。
本领域技术人员可以理解，图8中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
识别电缆检测算法模型、并获取电缆检测算法模型对应测试信号的N种参数模式，N为正整数；
随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于测试参数模式发送测试信号；
当N种参数模式中存在未选取的参数模式时，返回随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于测试参数模式发送测试信号的步骤；
采集电缆的反射信号，得到反射信号集，在反射信号集中选取最显著的反射信号；
根据电缆检测算法模型、最显著的反射信号以及最显著的反射信号对应的测试信号进行电缆缺陷检测，定位电缆缺陷位置。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
采集电缆的反射信号，构建反射信号集；检测反射信号集中是否存在显著性大于预设阈值的反射信号；若存在，则停止发送测试信号，将显著性大于预设阈值的反射信号作为最显著的反射信号；若不存在，则选取反射信号集中最显著的反射信号。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
获取反射信号与对应的测试信号；对反射信号和对应的测试信号进行时域相关处理，得到输出信号；提取输出信号的幅度和宽度；根据输出信号的幅度和宽度，确定反射信号的显著性。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
采集电缆的反射信号；将不同反射信号隔离归集，得到反射信号集。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
当N种参数模式中不存在未选取的参数模式、且未采集到反射信号时，判定电缆不存在缺陷。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于测试参数模式采用时分复用、频分复用或码分复用发送测试信号。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
识别电缆检测算法模型、并获取电缆检测算法模型对应测试信号的N种参数模式，N为正整数；
随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于测试参数模式发送测试信号；
当N种参数模式中存在未选取的参数模式时，返回随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于测试参数模式发送测试信号的步骤；
采集电缆的反射信号，得到反射信号集，在反射信号集中选取最显著的反射信号；
根据电缆检测算法模型、最显著的反射信号以及最显著的反射信号对应的测试信号进行电缆缺陷检测，定位电缆缺陷位置。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
采集电缆的反射信号，构建反射信号集；检测反射信号集中是否存在显著性大于预设阈值的反射信号；若存在，则停止发送测试信号，将显著性大于预设阈值的反射信号作为最显著的反射信号；若不存在，则选取反射信号集中最显著的反射信号。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
获取反射信号与对应的测试信号；对反射信号和对应的测试信号进行时域相关处理，得到输出信号；提取输出信号的幅度和宽度；根据输出信号的幅度和宽度，确定反射信号的显著性。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
采集电缆的反射信号；将不同反射信号隔离归集，得到反射信号集。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
当N种参数模式中不存在未选取的参数模式、且未采集到反射信号时，判定电缆不存在缺陷。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于测试参数模式采用时分复用、频分复用或码分复用发送测试信号。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种基于复合测试信号的电缆缺陷检测方法，所述方法包括：
识别电缆检测算法模型、并获取所述电缆检测算法模型对应测试信号的N种参数模式，所述N为正整数；
随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于所述测试参数模式发送测试信号；
当所述N种参数模式中存在未选取的参数模式时，返回所述随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于所述测试参数模式发送测试信号的步骤；
采集电缆的反射信号，得到反射信号集，在所述反射信号集中选取最显著的反射信号；
根据所述电缆检测算法模型、所述最显著的反射信号以及所述最显著的反射信号对应的测试信号进行电缆缺陷检测，定位电缆缺陷位置；
反射信号的显著性通过以下方式处理得到：获取反射信号与对应的测试信号；对所述反射信号和对应的测试信号进行时域相关处理，得到输出信号；提取所述输出信号的幅度和宽度；根据所述输出信号的幅度和宽度以及预设显著性计算公式，获取反射信号的显著性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集电缆的反射信号，得到反射信号集，在所述反射信号集中选取最显著的反射信号包括：
采集电缆的反射信号，构建反射信号集；
检测所述反射信号集中是否存在显著性大于预设阈值的反射信号；
若存在，则停止发送测试信号，将显著性大于预设阈值的反射信号作为最显著的反射信号；
若不存在，则选取所述反射信号集中最显著的反射信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集电缆的反射信号，得到反射信号集包括：
采集电缆的反射信号；
将不同所述反射信号隔离归集，得到反射信号集。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
当所述N种参数模式中不存在未选取的参数模式、且未采集到反射信号时，判定电缆不存在缺陷。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，测试信号的参数模式包括不同的载波频率、调制方式、信号持续时间、PN序列的类型、码元持续时间及码元的周期组合下对应的模式。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于所述测试参数模式发送测试信号包括；
随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于所述测试参数模式采用时分复用、频分复用或码分复用发送测试信号。
7.一种基于复合测试信号的电缆缺陷检测装置，其特征在于，所述装置包括：
数据获取模块，用于识别电缆检测算法模型、并获取所述电缆检测算法模型对应测试信号的N种参数模式，所述N为正整数；
测试发送模块，用于随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于所述测试参数模式发送测试信号；
循环测试模块，用于当所述N种参数模式中存在未选取的参数模式时，控制所述测试发送模块重新执行所述随机选取参数模式做作为测试参数模式，基于所述测试参数模式发送测试信号的操作；
反射采集模块，用于采集电缆的反射信号，得到反射信号集，在所述反射信号集中选取最显著的反射信号；
缺陷定位模块，用于根据所述电缆检测算法模型、所述最显著的反射信号以及所述最显著的反射信号对应的测试信号进行电缆缺陷检测，定位电缆缺陷位置；
反射信号的显著性通过以下方式处理得到：获取反射信号与对应的测试信号；对所述反射信号和对应的测试信号进行时域相关处理，得到输出信号；提取所述输出信号的幅度和宽度；根据所述输出信号的幅度和宽度以及预设显著性计算公式，获取反射信号的显著性。
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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