CN113054949A - 一种水击压力波信号的滤波方法、装置和设备 - Google Patents

Abstract

本说明书实施例提供了一种水击压力波信号的滤波方法、装置和设备，其中，该方法包括：确定目标水击压力波信号中有用信号的频率和包含的噪声类型；噪声类型包括：尖峰噪声、高频噪声和与所述有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声；滤除目标水击压力波信号中的尖峰噪声，得到第一水击压力波信号；滤除第一水击压力波信号中的高频噪声，得到第二水击压力波信号；基于有用信号的频率，利用多频自适应陷波器和自适应噪声对消器滤除第二水击压力波信号中与有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声，得到有用信号。在本说明书实施例中，可以针对多种噪声类型进行组合滤波，有效提高了对水击压力波信号中存在的多种不同类型的噪声进行滤波的准确性。

Description

一种水击压力波信号的滤波方法、装置和设备

技术领域

本说明书实施例涉及信号处理技术领域，特别涉及一种水击压力波信号的滤波方法、装置和设备。

背景技术

在压裂停泵过程中，实际采集的水击压力波信号会包含有大量的尖峰噪声、随机噪声、高频噪声和与所述有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声，这是由于管线震动、裂缝开启等各种井底波动事件引起的不可避免的结果。但是大量噪声的存在会对压裂停泵水击压力波的时频分析、响应时间的确定产生很大的干扰，影响了分析结果的准确性。因此，通过合理的滤波方法去掉压裂停泵过程中存在的大量噪声，是水击压力波诊断技术亟需解决的关键问题。

现有技术中没有一套完整的专门针对水击压力波信号特征的滤波方法，无法有效地分别针对原始水击压力波信号中存在的多种不同的噪声进行滤波，从而容易造成信号失真，使得滤波对检测结果的影响较大。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本说明书实施例提供了一种水击压力波信号的滤波方法、装置和设备，以解决现有技术中无法有效地分别针对原始水击压力波信号中存在的多种不同的噪声进行滤波的问题。

本说明书实施例提供了一种水击压力波信号的滤波方法，包括：确定目标水击压力波信号中有用信号的频率和包含的噪声类型；其中，所述噪声类型包括：尖峰噪声、高频噪声和与所述有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声；滤除所述目标水击压力波信号中的尖峰噪声，得到第一水击压力波信号；滤除所述第一水击压力波信号中的高频噪声，得到第二水击压力波信号；基于所述有用信号的频率，利用多频自适应陷波器和自适应噪声对消器滤除所述第二水击压力波信号中与所述有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声，得到所述目标水击压力波信号中的有用信号。

本说明书实施例还提供了一种水击压力波信号的滤波装置，包括：确定模块，用于确定目标水击压力波信号中有用信号的频率和包含的噪声类型；其中，所述噪声类型包括：尖峰噪声、高频噪声和与所述有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声；第一处理模块，用于滤除所述目标水击压力波信号中的尖峰噪声，得到第一水击压力波信号；第二处理模块，用于滤除所述第一水击压力波信号中的高频噪声，得到第二水击压力波信号；第三处理模块，用于基于所述有用信号的频率，利用多频自适应陷波器和自适应噪声对消器滤除所述第二水击压力波信号中与所述有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声，得到所述目标水击压力波信号中的有用信号。

本说明书实施例还提供了一种水击压力波信号的滤波设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现所述水击压力波信号的滤波方法的步骤。

本说明书实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述指令被执行时实现所述水击压力波信号的滤波方法的步骤。

本说明书实施例提供了一种水击压力波信号的滤波方法，可以通过确定目标水击压力波信号中有用信号的频率和包含的噪声类型，从而选择不同噪声类型所使用的滤波方式滤除目标水击压力波信号中的噪声信号。具体的，可以先滤除目标水击压力波信号中的尖峰噪声，得到第一水击压力波信号，以避免后续滤波操作中异常值对有用信号的影响。进一步的，可以滤除第一水击压力波信号中的高频噪声，得到第二水击压力波信号。并基于有用信号的频率，利用多频自适应陷波器和自适应噪声对消器滤除第二水击压力波信号中与有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声，得到目标水击压力波信号中的有用信号。从而可以针对包含尖峰噪声、高频噪声和与有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声的多种噪声类型进行组合滤波，并且在滤除高频噪声和与有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声还可以同时滤除目标水击压力波信号中的随机噪声，有效提高了对水击压力波信号中存在的多种不同类型的噪声进行滤波的准确性，为后续信号分析提供了良好的数据基础。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本说明书实施例的进一步理解，构成本说明书实施例的一部分，并不构成对本说明书实施例的限定。在附图中：

图1是根据本说明书实施例提供的水击压力波信号的滤波方法的步骤示意图；

图2是根据本说明书实施例提供的水击压力波信号的滤波装置的结构示意图；

图3是根据本说明书实施例提供的水击压力波信号的滤波设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将参考若干示例性实施方式来描述本说明书实施例的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本说明书实施例，而并非以任何方式限制本说明书实施例的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本说明书实施例公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本领域的技术人员知道，本说明书实施例的实施方式可以实现为一种系统、装置设备、方法或计算机程序产品。因此，本说明书实施例公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式。

虽然下文描述流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行(例如使用并行处理器或多线程环境)。

请参阅图1，本实施方式可以提供一种水击压力波信号的滤波方法。该水击压力波信号的滤波方法可以用于通过考虑到不同类型的噪声所适合的滤波方式对目标水击压力波信号进行组合滤波，从而可以有效地滤除目标水击压力波信号中包含的多种类型的噪声。上述水击压力波信号的滤波方法可以包括以下步骤。

S101：确定目标水击压力波信号中有用信号的频率和包含的噪声类型；其中，噪声类型包括：尖峰噪声、高频噪声和与有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声。

在本实施方式中，可以先确定目标水击压力波中有用信号的频率和目标水击压力波中包含的噪声的类型。其中，目标水击压力波可以为待滤除噪声的压裂停泵水击压力波，目标水击压力波中通常会包含多种不同类型的噪声，例如：尖峰噪声、随机噪声、高频噪声和与所述有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声。

在本实施方式中，上述与有用信号频率相差较大固定频率噪声可以为高频噪声，固定频率噪声其频谱上有固定的频率尖峰显示，目标水击压力波信号中的有用信号一般为低频信号，高频噪声可以是指在频谱上可以明确与有用频率范围区分的较高频率信号，能直接用低通滤波器滤掉而不影响有用信号的噪声。其中，由于有用信号的频率很小，在一些实施例中可以选择将5Hz(赫兹)以上定为高频，当然，高频设置的方式不限于上述举例，所属领域技术人员在本说明书实施例技术精髓的启示下，还可能做出其它变更，但只要其实现的功能和效果与本说明书实施例相同或相似，均应涵盖于本说明书实施例保护范围内。

在本实施方式中，上述尖峰噪声可以是指由于器件的制造工艺、工作环境等影响出现的信号中异常的毛刺、跳变等干扰；上述随机噪声可以是频率和传播方向没有固定规律的噪声；上述固定频率噪声可以是频率固定不变的噪声，而在压裂过程中产生的固定频率噪声，可能是与水击压力波信号频率相差较大的噪声信号，也可能是与水击压力波信号频率相近的噪声信号。其中，上述与有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声可以为与有用信号的频率的差值小于预设阈值的固定频率噪声和随机噪声，上述预设阈值为大于0的数值，可以为0.2赫兹或者1赫兹等，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。

在本实施方式中，上述压裂停泵水击压力波信号特征为：停泵使井口压力迅速降为0时，井筒内形成的水击压力波是个衰减信号。当井筒中存在裂缝/泄漏点时，井筒中的流体会流入裂缝/泄漏点中，造成裂缝/泄漏点处井筒压力的波动，波动信号会随着水击压力波信号传递回井口。

在本实施方式中，可以通过时域图和频谱图分析目标水击压力波信号的时频特征，从而确定目标水击压力波信号中有用信号的频率。确定目标水击压力波信号中有用信号的频率可以有效避免在滤波时将有用信号滤除，进而提高滤波的准确性。

S102：滤除目标水击压力波信号中的尖峰噪声，得到第一水击压力波信号。

在本实施方式中，由于尖峰噪声如果没有先进行处理的话可能会一直存在，对后续分析信号造成很大影响，因此，可以通过滤除目标水击压力波信号中的尖峰噪声，来平滑尖峰干扰，从而可以得到第一水击压力波信号。

在一个实施方式中，可以利用Hampel滤波器去除目标水击压力波信号中的异常值，得到第一水击压力波信号。考虑到如果利用中值滤波器移除尖峰干扰，虽然可以做到滤除异常的尖峰，但它也删除了原始信号的大量数据点。Hampel滤波器则有助于从信号中检测并删除异常值，而不会过度平滑数据。Hampel滤波器的工作方式类似于中值滤波器，但它只取代了相当于远离局部中值的几个标准偏差的值。

S103：滤除第一水击压力波信号中的高频噪声，得到第二水击压力波信号。

在本实施方式中，在滤除目标水击压力波信号中的中的尖峰噪声之后，可以滤除第一水击压力波信号中的高频噪声，从而得到第二水击压力波信号。其中，上述与有用信号频率相差较大固定频率噪声可以为高频噪声，目标水击压力波信号中的有用信号一般为低频信号，高频噪声可以是指在频谱上可以明确与有用频率范围区分的较高频率信号，能直接用低通滤波器滤掉而不影响有用信号的噪声。

在本实施方式中，由于有用信号的频率很小，在一些实施例中可以选择将5Hz(赫兹)以上定为高频，当然，高频设置的方式不限于上述举例，所属领域技术人员在本说明书实施例技术精髓的启示下，还可能做出其它变更，但只要其实现的功能和效果与本说明书实施例相同或相似，均应涵盖于本说明书实施例保护范围内。

在一个实施方式中，可以利用有限长单位冲激响应(FIR，Finite ImpulseResponse)低通滤波器或者经验模态分解法(EMD，Empirical Mode Decomposition)滤除第一水击压力波信号中的高频噪声，得到第二水击压力波信号。当然可以理解的是，还可以采用其它可能的方式滤除高频噪声，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。

在本实施方式中，上述FIR滤波器，又称为非递归型滤波器，可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位抽样响应是有限长的。FIR低通滤波器的频率响应有通带、阻带以及过渡带3个范围，通带内频率响应逼近于1，阻带内频率响应逼近于0。如果单位抽样的响应h(n)为M+1点有限序列，0≤k≤M，输入信号为x(n)与h(n)的卷积，即：

其中，y(n)为滤波器的输出；x(n)为输入信号；h(n)为单位抽样的响应；n为序列号。

对应的，传递函数H(z)可以表示为：

其中，H(z)为传递函数，根据单位抽样响应h(n)的z变换得到；h(n)为单位抽样的响应；n为第n时刻；z^-n为z变换级数法所需要的z算子。

在本实施方式中，经验模态分解法在理论上可以应用于任何类型的信号的分解，因而在处理非平稳及非线性数据上，具有非常明显的优势。经验模态分解法的关键是经验模式分解，可以把任一个自由的信号分解成为有限个本征模函数(IMF，Intrinsic ModeFunction)和一个残余分量，每一个IMF代表了原信号不同频率段的振荡变化，反映信号的局部特征，而最后的残余分量则反映信号中的缓慢变化量。利用经验模态分解法去高频噪声主要是将信号分解为一系列IMF分量后分析各分量的频谱，从而可以将高频的IMF去掉后重构得到去除高频后的信号。

S104：基于有用信号的频率，利用多频自适应陷波器和自适应噪声对消器滤除第二水击压力波信号中与有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声，得到目标水击压力波信号中的有用信号。

在本实施方式中，由于与有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声本身的频率与有用信号的频率相近，如果直接采用滤波器滤除会将部分有用信号也滤除，从而造成信号失真。因此，可以基于有用信号的频率，利用多频自适应陷波器和自适应噪声对消器滤除第二水击压力波信号中与有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声，得到目标水击压力波信号中的有用信号。

在本实施方式中，陷波器顾名思义就是对特定频率的信号有着很强的衰减的滤波器，也即阻带带宽极窄的带阻滤波器。当我们知道原始信号里的干扰信号频率是多少时，只需要知道这个干扰信号的相位和幅度，然后就可以完全的“再现”这个干扰信号，从而可以直接的从原始信号中将其减去，得到想要的信号成分。

在本实施方式中，在已知有用信号的频率的前提下，可以利用上述多频自适应陷波器将第二水击压力波信号中的有用信号滤除，从而得到第二水击压力波信号中的与有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声信号。从而可以通过得到与有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声信号，利用自适噪声对消器将第二水击压力波信号中的与有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声信号滤除，能够对有用信号中包含的多个有用频率起到很好的保护作用，有效避免了第二水击压力波信号中的有用信号被滤除。

在本实施方式中，自适噪声对消器的核心是自适应滤波器，自适应算法对其进行控制，以实现最佳滤波。自适噪声对消器的原理为：假设自适应噪声对消系统的原始输入端用d_j表示，d_j＝s_j+n₀，n₀是要抵消的噪声，并且与有用信号s_j不相关。参考输入端用x_j表示，x_j＝n₁，n₁是与n₀相关、与s_j不相关的噪声信号。系统的输出用z表示，z_j＝d_j-y_j，y_j为滤波器的输出信号。其中，滤波器的传输函数可以根据某一信号(这里为系统的输出信号)自动调整，假定s_j、n₀、n₁是零均值的平稳随机过程：

z_j＝d_j-y_j＝s_j+n₀-y_j

其中，z_j为自适应噪声对消系统的输出信号，d_j为原始输入端信号，y_j为滤波器的输出信号；n₀为要抵消的噪声；s_j为有用信号。

自适应噪声对消系统的输出信号的均方值：

由于s_j与n₀、n₁不相关，因此s_j与y_j也不相关，则：

其中，

表示有用信号的功率；

表示自适应噪声对消系统的输出信号的功率。由上述公式可以看出，要是输出信号只包含有用信号，或者输出信号的均方值最小，就要求E[(n₀-y_j)²]取得最小值。由公式z_j＝d_j-y_j＝s_j+n₀-y_j推出等价的条件就是要求E[(z_j-s_j)²]取得最小值，即要求输出信号与有用信号的误差的均方值为最小，则系统的误差输出z_j就是有用信号s_j的最佳逼近。

从以上的描述中，可以看出，本说明书实施例实现了如下技术效果：可以通过确定目标水击压力波信号中有用信号的频率和包含的噪声类型，从而选择不同噪声类型所使用的滤波方式滤除目标水击压力波信号中的噪声信号。具体的，可以先滤除目标水击压力波信号中的尖峰噪声，得到第一水击压力波信号，以避免后续滤波操作中异常值对有用信号的影响。进一步的，可以滤除第一水击压力波信号中的高频噪声，得到第二水击压力波信号。并基于有用信号的频率，利用多频自适应陷波器和自适应噪声对消器滤除第二水击压力波信号中与有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声，得到目标水击压力波信号中的有用信号。从而可以针对包含尖峰噪声、高频噪声和与有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声的多种噪声类型进行组合滤波，并且在滤除高频噪声和与有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声还可以同时滤除目标水击压力波信号中的随机噪声，有效提高了对水击压力波信号中存在的多种不同类型的噪声进行滤波的准确性，为后续信号分析提供了良好的数据基础。

在一个实施方式中，基于有用信号的频率，利用多频自适应陷波器和自适应噪声对消器滤除第二水击压力波信号中与有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声，得到目标水击压力波信号中的有用信号，可以包括：将有用信号的频率作为参考信号的频率，并将第二水击压力波信号输入到多频自适应陷波器中，根据参考信号的频率和进行多次对消，直至得到不含有用信号的频率的噪声信号。进一步的，可以将不含有用信号的频率的噪声信号和第二水击压力波信号输入自适应噪声对消器中，使不含有用信号的频率的噪声信号与第二水击压力波信号进行对消，得到目标水击压力波信号中的有用信号。

在本实施方式中，可以将有用信号的频率作为的参考信号的频率，将参考信号作为一端的输入，以在多频自适应陷波器中将参考信号的频率设置为有用信号的频率，可以将第二水击压力波信号输入到多频自适应陷波器中进行多次对消，直至得到不含有用信号的频率的噪声信号，从而可以对有用信号中包含的多个有用频率起到很好的保护作用。

在本实施方式中，可以将不含有用信号的频率的噪声信号输入到自适应噪声对消器中与第二水击压力波信号进行对消，最终得到目标水击压力波信号中的有用信号。自适噪声对消器的核心是自适应滤波器，利用自适应算法对其进行控制，以实现最佳滤波。

在一个实施方式中，上述多频自适应陷波器可以采用级联型结构，多频自适应陷波器的级数为多级，其中，多频自适应陷波器的级数根据有用信号的频率的成分确定，多频自适应陷波器中上一级陷波器的输出为下一级陷波器的输入。在一些实施例中，多频自适应陷波器可以包括第一级陷波器和第二级陷波器，第一级陷波器的输出为第二级陷波器的输入，组成级联形式。系统的零极点分别是每级陷波器的零极点，可以直接改变其中某一级的调整参数而不影响另一级陷波器的零极点特性，多频自适应陷波器不仅具有单频陷波器的优点，可以避免并联结构的弊端，而且使陷波器的性能调节变得简单有效，更容易实现。

在一个实施方式中，确定目标水击压力波信号中有用信号的频率和包含的噪声类型，可以包括：获取停泵时目标水击压力波信号的时间数据、采样频率和压力变化数据，并根据目标水击压力波信号的时间数据、采样频率和压力变化数据，绘制得到压力随时间变化的目标曲线。进一步的，可以利用目标曲线，通过时域图和频谱图分析目标水击压力波信号的时频特征和包含的噪声类型，得到目标水击压力波信号中有用信号的频率和包含的噪声类型。

在本实施方式中，压裂停泵噪声主要包含的类型为尖峰噪声、随机噪声、高频噪声和与所述有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声等。压裂停泵水击压力波信号特征为：停泵使井口压力迅速降为0时，井筒内形成的水击压力波是个衰减信号。当井筒中存在裂缝/泄漏点时，井筒中的流体会流入裂缝/泄漏点中，造成裂缝/泄漏点处井筒压力的波动，波动信号会随着水击压力波信号传递回井口。

在本实施方式中，由于压裂停泵噪声主要包含的噪声类型为已知的，因此，可以直接针对尖峰噪声、随机噪声、高频噪声和与所述有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声进行滤波。在一些情况下考虑到不同的水击压力波信号可能包含的噪声会存在差异，因此，也可以先确定目标水击压力波信号中包含的噪声类型，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。

在一个实施方式中，为了验证上述滤波方式的准确性，可以构造出压裂停泵水击压力波信号的带噪仿真信号，分析每种噪声所适合的滤波方式，进行多种方式的组合滤波。构造水击压力波信号的带噪仿真信号的具体方法为：在模拟的纯净信号中加入尖峰噪声、随机噪声、高频噪声和与所述有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声。在得到构造出的水击压力波信号的带噪仿真信号之后可以利用上述组合滤波方式进行滤波，并利用信噪比(SNR)和均方误差(MSE)两个指标来对滤波结果进行评价。通过对比分析组合滤波方法在滤波前后的信噪比增强效果、均方误差的变化，可以本说明书实施例中的组合滤波方法可以达到良好的效果。

在本实施方式中，模拟纯净信号可以包括：首先构造振幅衰减的正弦信号表征压裂停泵后压力波信号的正常衰减；接着在13.33s、13.36s、13.40s处开始分别加入不同的振幅衰减正弦信号，这样通过在规定时间加入不同的压力扰动来表征地下三条裂缝位置停泵后的压力波波动响应时间；最后信号经过叠加构造和一定幅值处理后，得到可以表征压裂停泵后的水击压力波特征的模拟信号。

在一个实施方式中，在得到目标水击压力波信号中的有用信号之后，还可以包括：根据目标水击压力波信号和目标水击压力波信号中的有用信号，计算信噪比和均方误差。并根据计算得到的信噪比和均方误差，确定对目标水击压力波信号滤波的效果。均方误差越小，信噪比越大，滤波效果越好。

在本实施方式中，信噪比是信号的平均功率和噪声的平均功率之比，为幅度比的平方，信噪比越高表明它产生的噪声越少，因此，采用信噪比作为滤波效果的一个评价指标。可以按照以下公式计算信噪比：

其中，SNR为信噪比；P_signal为信号功率；p_noise为噪声功率；A_signal为信号幅度；A_noise为噪声幅度。

信噪比一般用分贝(dB)作为度量单位，其值为十倍对数信号与噪声功率比：

在本实施方式中，上述均方误差是指原始信号与消噪信号后的估计信号之间方差的均方，可以按照以下公式计算均方误差：

其中，MSE为均方误差；x_obs,i为原始信号；x_mldel,i为消噪后的估计信号；n为序列点数；i为序列号。

基于同一发明构思，本说明书实施例中还提供了一种水击压力波信号的滤波装置，如下面的实施例。由于水击压力波信号的滤波装置解决问题的原理与水击压力波信号的滤波方法相似，因此水击压力波信号的滤波装置的实施可以参见水击压力波信号的滤波方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图2是本说明书实施例的水击压力波信号的滤波装置的一种结构框图，如图2所示，可以包括：确定模块201、第一处理模块202、第二处理模块203、第三处理模块204，下面对该结构进行说明。

确定模块201，可以用于确定目标水击压力波信号中有用信号的频率和包含的噪声类型；其中，噪声类型包括：尖峰噪声、高频噪声和与有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声。

第一处理模块202，可以用于滤除目标水击压力波信号中的尖峰噪声，得到第一水击压力波信号。

第二处理模块203，可以用于滤除第一水击压力波信号中的高频噪声，得到第二水击压力波信号。

第三处理模块204，可以用于基于有用信号的频率，利用多频自适应陷波器和自适应噪声对消器滤除第二水击压力波信号中与有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声，得到目标水击压力波信号中的有用信号。

本说明书实施例实施方式还提供了一种电子设备，具体可以参阅图3所示的基于本说明书实施例提供的水击压力波信号的滤波方法的电子设备组成结构示意图，电子设备具体可以包括输入设备31、处理器32、存储器33。其中，输入设备31具体可以用于输入目标水击压力波信号中有用信号的频率和包含的噪声类型；其中，噪声类型包括：尖峰噪声、高频噪声和与有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声。处理器32具体可以用于滤除目标水击压力波信号中的尖峰噪声，得到第一水击压力波信号；滤除第一水击压力波信号中的高频噪声，得到第二水击压力波信号；基于有用信号的频率，利用多频自适应陷波器和自适应噪声对消器滤除第二水击压力波信号中与有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声，得到目标水击压力波信号中的有用信号。存储器33具体可以用于存储目标水击压力波信号中的有用信号等参数。

在本实施方式中，输入设备具体可以是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。输入设备可以包括键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、手写输入板、语音输入装置等；输入设备用于把原始数据和处理这些数的程序输入到计算机中。输入设备还可以获取接收其他模块、单元、设备传输过来的数据。处理器可以按任何适当的方式实现。例如，处理器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式等等。存储器具体可以是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。存储器可以包括多个层次，在数字系统中，只要能保存二进制数据的都可以是存储器；在集成电路中，一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器，如RAM、FIFO等；在系统中，具有实物形式的存储设备也叫存储器，如内存条、TF卡等。

在本实施方式中，该电子设备具体实现的功能和效果，可以与其它实施方式对照解释，在此不再赘述。

本说明书实施例实施方式中还提供了一种基于水击压力波信号的滤波方法的计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机程序指令，在计算机程序指令被执行时可以实现：确定目标水击压力波信号中有用信号的频率和包含的噪声类型；其中，噪声类型包括：尖峰噪声、高频噪声和与有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声；滤除目标水击压力波信号中的尖峰噪声，得到第一水击压力波信号；滤除第一水击压力波信号中的高频噪声，得到第二水击压力波信号；基于有用信号的频率，利用多频自适应陷波器和自适应噪声对消器滤除第二水击压力波信号中与有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声，得到目标水击压力波信号中的有用信号。

在本实施方式中，上述存储介质包括但不限于随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、缓存(Cache)、硬盘(Hard DiskDrive，HDD)或者存储卡(Memory Card)。所述存储器可以用于存储计算机程序指令。网络通信单元可以是依照通信协议规定的标准设置的，用于进行网络连接通信的接口。

在本实施方式中，该计算机存储介质存储的程序指令具体实现的功能和效果，可以与其它实施方式对照解释，在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本说明书实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本说明书实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

虽然本说明书实施例提供了如上述实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法中可以包括更多或者更少的操作步骤。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤中，这些步骤的执行顺序不限于本说明书实施例提供的执行顺序。所述的方法的在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本说明书实施例的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。

以上所述仅为本说明书实施例的优选实施例而已，并不用于限制本说明书实施例，对于本领域的技术人员来说，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水击压力波信号的滤波方法，其特征在于，包括：

确定目标水击压力波信号中有用信号的频率和包含的噪声类型；其中，所述噪声类型包括：尖峰噪声、高频噪声和与所述有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声；

滤除所述目标水击压力波信号中的尖峰噪声，得到第一水击压力波信号；

滤除所述第一水击压力波信号中的高频噪声，得到第二水击压力波信号；

基于所述有用信号的频率，利用多频自适应陷波器和自适应噪声对消器滤除所述第二水击压力波信号中与所述有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声，得到所述目标水击压力波信号中的有用信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，滤除所述目标水击压力波信号中的尖峰噪声，得到第一水击压力波信号，包括：

利用Hampel滤波器滤除所述目标水击压力波信号中的尖峰噪声，得到第一水击压力波信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，滤除所述第一水击压力波信号中的高频噪声，得到第二水击压力波信号，包括：

利用有限长单位冲激响应低通滤波器或者经验模态分解法滤除所述第一水击压力波信号中的高频噪声，得到第二水击压力波信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述有用信号的频率，利用多频自适应陷波器和自适应噪声对消器滤除所述第二水击压力波信号中与所述有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声，得到所述目标水击压力波信号中的有用信号，包括：

将所述有用信号的频率作为参考信号的频率；

将所述第二水击压力波信号输入到所述多频自适应陷波器中，根据所述参考信号的频率进行多次对消，直至得到不含所述有用信号的频率的噪声信号；

将不含所述有用信号的频率的噪声信号和所述第二水击压力波信号输入所述自适应噪声对消器中，使不含所述有用信号的频率的噪声信号与所述第二水击压力波信号进行对消，得到所述目标水击压力波信号中的有用信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多频自适应陷波器为级联型结构，所述多频自适应陷波器的级数为多级，其中，所述多频自适应陷波器的级数根据所述有用信号的频率的成分确定，所述多频自适应陷波器中上一级陷波器的输出为下一级陷波器的输入。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定目标水击压力波信号中有用信号的频率和包含的噪声类型，包括：

获取停泵时所述目标水击压力波信号的时间数据、采样频率和压力变化数据；

根据所述目标水击压力波信号的时间数据、采样频率和压力变化数据，绘制得到压力随时间变化的目标曲线；

利用所述目标曲线，通过时域图和频谱图分析所述目标水击压力波信号的时频特征和包含的噪声类型，得到所述目标水击压力波信号中有用信号的频率和包含的噪声类型。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在得到所述目标水击压力波信号中的有用信号之后，还包括：

根据所述目标水击压力波信号和所述目标水击压力波信号中的有用信号，计算信噪比和均方误差；

根据计算得到的信噪比和均方误差，确定对所述目标水击压力波信号滤波的效果。

8.一种水击压力波信号的滤波装置，其特征在于，包括：

确定模块，用于确定目标水击压力波信号中有用信号的频率和包含的噪声类型；其中，所述噪声类型包括：尖峰噪声、高频噪声和与所述有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声；

第一处理模块，用于滤除所述目标水击压力波信号中的尖峰噪声，得到第一水击压力波信号；

第二处理模块，用于滤除所述第一水击压力波信号中的高频噪声，得到第二水击压力波信号；

第三处理模块，用于基于所述有用信号的频率，利用多频自适应陷波器和自适应噪声对消器滤除所述第二水击压力波信号中与所述有用信号的频率相差小于预设阈值的噪声，得到所述目标水击压力波信号中的有用信号。

9.一种水击压力波信号的滤波设备，其特征在于，包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机指令，所述指令被执行时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。

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