CN114136434B - 一种变电站站界噪声抗干扰估算方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变电站站界噪声抗干扰估算方法和系统,本发明包括获取传声器阵列中传声器的声信号,对指定的两个传声器的声信号进行波束加权处理,形成指向性噪声测量结果,根据指向性测量结果,估算变电站内部传播到站界的噪声。本发明利用变电站噪声和外部干扰噪声在空间域上的差异进行指向性测量,通过指向性测量的结果估算变电站站界噪声,来达到抗干扰测量的目的,从而提高了变电站站界噪声的准确性,能够克服目前变电站站界噪声测量受变电站外噪声干扰问题,为变电站站界噪声测量提供新手段。
Description
技术领域
本发明涉及声学测量技术领域,特别涉及一种变电站站界噪声抗干扰估算方法和系统。
背景技术
变电站站界噪声测量主要遵循国标《GB12348-2008工业企业厂界环境噪声排放标准》进行测量。测量时,所用设备一般为手持式声级计,为但传声器测量方式。变电站内噪声主要来自于变压器、电抗器、电容器、冷却风机等噪声源,在设备投运状态不发生变化时,通常是稳态噪声。当变电站周围也存在连续噪声干扰时,比如变电站周围存在马路、居民楼空调等持续噪声影响情形时,给现场工作带来了极大不便。目前进行变电站站界噪声监测的声级计,其原理为利用一个传声器采集噪声信号,然后进行信号分析得到声压级。其在处理过程中,只利用了信号的幅值信息,而忽略了信号的相位信息,因此将各个方向传播过来的声音进行了综合分析,导致变电站站界测量受变电站外干扰噪声影响时,由于无法排除外界噪声干扰而导致测量值偏大。
发明内容
本发明要解决的技术问题:针对现有技术的上述问题,提供一种变电站站界噪声抗干扰估算方法和系统,本发明旨在克服目前变电站站界噪声测量受变电站外噪声干扰问题,利用变电站噪声和外部干扰噪声在空间域上的差异进行指向性测量,通过指向性测量的结果估算变电站站界噪声,从而提高变电站站界噪声的准确性。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
一种变电站站界噪声抗干扰估算方法,包括:
1)获取传声器阵列中传声器的声信号;
2)对指定的两个传声器的声信号进行波束加权处理,形成指向性噪声测量结果;
3)根据指向性测量结果,估算变电站内部传播到站界的噪声。
可选地,所述传声器阵列布置在变电站的站界测点处,传声器阵列中至少两个传声器的连线垂直于变电站的站界围墙面;以及所述指定的两个传声器是指连线垂直于变电站的站界围墙面的两个传声器。
可选地,步骤2)中指定的两个传声器在20Hz~20kHz频段范围内的幅值和相位一致性差别不大于5%。
可选地,步骤2)包括:
2.1)分别对任意第i个传声器的声信号xi(n)进行分帧处理并通过快速傅里叶变换转到频域,得到频域变换结果Xi(k,l),其中k代表频率,l代表帧号,i表示第i个传声器的序号;
2.2)对两个传声器的频域变换结果Xi(k,l)进行波束加权处理,形成指向性噪声测量结果。
可选地,步骤2.2)中对两个传声器的频域变换结果Xi(k,l)进行波束加权处理的函数表达式为:
上式中,Yj(k,l)为第j组波束加权值,j为波束组号,和/>分别为两个传声器的权重,X1(k,l)和X2(k,l)分别为两个传声器的频域变换结果。
可选地,步骤2.2)中形成指向性噪声测量结果包括:设计两个传声器的权重和/>的值,使得对应的第j组波束加权值Yj(k,l)在变电站所在方向有最大值,从而得到此时第j组波束加权值对应的第一指向性噪声测量结果Y1(k,l);设计两个传声器的权重/>和/>的值,使得对应的第j组波束加权值Yj(k,l)在干扰噪声方向形成谷点,从而得到此时第j组波束加权值对应的第二指向性噪声测量结果Y2(k,l)。
可选地,所述第一指向性噪声测量结果Y1(k,l)的计算函数表达式为:
上式中,Y1(k,l)为第一指向性噪声测量结果,ω为角频率,d为两个传声器的中心间距,c为声速;所述第二指向性噪声测量结果Y2(k,l)的计算函数表达式为:
上式中,Y2(k,l)为第二指向性噪声测量结果。
可选地,步骤3)中估算变电站内部传播到站界的噪声的函数表达式为:
上式中,为变电站噪声估算值,Y1(k,l)为第一指向性噪声测量结果,Y2(k,l)为第二指向性噪声测量结果,μ为调整参数。
此外,本发明还提供一种变电站站界噪声抗干扰估算系统,包括:
声信号获取程序单元,用于获取传声器阵列中传声器的声信号;
声信号处理程序单元,用于对指定的两个传声器的声信号进行波束加权处理,形成指向性噪声测量结果;
站界噪声估算程序单元,用于根据指向性测量结果,估算变电站内部传播到站界的噪声。
可选地,所述传声器阵列布置在变电站的站界测点处,传声器阵列中至少两个传声器的连线垂直于变电站的站界围墙面;以及所述指定的两个传声器是指连线垂直于变电站的站界围墙面的两个传声器。
可选地,所述指定的两个传声器,在20Hz~20kHz频段范围内的幅值和相位一致性差别不大于5%。
可选地,所述声信号处理程序单元包括:
频域变换程序模块,用于分别对任意第i个传声器的声信号xi(n)进行分帧处理并通过快速傅里叶变换转到频域,得到频域变换结果Xi(k,l),其中k代表频率,l代表帧号,i表示第i个传声器的序号;
波束加权处理程序模块,用于对两个传声器的频域变换结果Xi(k,l)进行波束加权处理,形成指向性噪声测量结果。
可选地,所述波束加权处理程序模块对两个传声器的频域变换结果Xi(k,l)进行波束加权处理的函数表达式为:
上式中,Yj(k,l)为第j组波束加权值,j为波束组号,和/>分别为两个传声器的权重,X1(k,l)和X2(k,l)分别为两个传声器的频域变换结果。
此外,本发明还提供一种变电站站界噪声抗干扰估算系统,包括相互连接的微处理器和存储器,该微处理器中存储有被编程或配置以执行所述变电站站界噪声抗干扰估算方法的步骤。
此外,本发明还提供一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行所述变电站站界噪声抗干扰估算方法的计算机程序。
和现有技术相比,本发明具有下述优点:本发明包括获取传声器阵列中传声器的声信号,对指定的两个传声器的声信号进行波束加权处理,形成指向性噪声测量结果,根据指向性测量结果,估算变电站内部传播到站界的噪声。本发明利用变电站噪声和外部干扰噪声在空间域上的差异进行指向性测量,通过指向性测量的结果估算变电站站界噪声,来达到抗干扰测量的目的,从而提高了变电站站界噪声的准确性,能够克服目前变电站站界噪声测量受变电站外噪声干扰问题,为变电站站界噪声测量提供了一种新的技术手段。
附图说明
图1是本发明实施例方法的基本流程示意图。
图2是本发明实施例中传声器阵列波束指向性图。
图3是本发明实施例中纯净的变电站噪声时域(左)、时频域图(右)。
图4是本发明实施例中汽车经过的噪声时域(左)、时频域图(右)。
图5为本发明实施例中犬吠噪声时域(左)、时频域图(右)。
图6是本发明实施例分离出的变电站噪声(左)和汽车噪声结果(右)。
图7是本发明实施例中分离出的变电站噪声(左)和犬吠噪声结果(右)。
具体实施方式
如图1所示,本实施例变电站站界噪声抗干扰估算方法包括:
1)获取传声器阵列中传声器的声信号;
2)对指定的两个传声器的声信号进行波束加权处理,形成指向性噪声测量结果;
3)根据指向性测量结果,估算变电站内部传播到站界的噪声。
本实施例中,传声器阵列布置在变电站的站界测点处,传声器阵列中至少两个传声器的连线垂直于变电站的站界围墙面;以及指定的两个传声器是指连线垂直于变电站的站界围墙面的两个传声器。
需要说明的是:(1)本实施例中的传声器阵列既可以采用双传声器阵列,也可以采用多传声器阵列,只要保证存在两个传声器的连线垂直于变电站的站界围墙面即可;(2)站界围墙面是指用于安装站界围墙的面,一般是指与变电站中心构成等距或基本等距的面,如果实际有安装站界围墙,则站界围墙面是指站界围墙;如果没有站界围墙,则站界围墙面指可用于安装站界围墙的面。由于两个传声器的连线垂直于变电站的站界围墙面,使得两个传声器构成的平面位于变电站的站界围墙面的法线方向上,由于上述空间位置,显然可以使传声器阵列位于变电站噪声源与干扰噪声源之间,两个传声器形成相关但是不相同的测量结果,以实现指向性噪声测量。(3)站界测点可根据需要布点,如围墙外1m高于围墙0.5m处等。
为了提高两个传声器得到相关不相同的测量结果实现指向性噪声测量的准确度,步骤2)中指定的两个传声器,在20Hz~20kHz频段范围内的幅值和相位一致性差别不大于5%。
由于空间位置显然可以使声阵列位于变电站噪声源与干扰噪声源之间,因此在存在干扰噪声的情况下,任意第i个传声器的声信号xi(n)均为干扰噪声、变电站噪声的复合信号,其函数表达式可表示为:
xi(n)=si(n)+di(n)(i=1,2)
上式中,si(n)为干扰噪声,di(n)为变电站噪声。
本实施例中,步骤2)包括:
2.1)分别对任意第i个传声器的声信号xi(n)进行分帧处理并通过快速傅里叶变换转到频域,得到频域变换结果Xi(k,l),其中k代表频率,l代表帧号,i表示第i个传声器的序号;频域变换结果Xi(k,l)的函数表达式可表示为:
Xi(k,l)=Si(k,l)+Di(k,l)(i=1,2)
上式中,Si(k,l),Di(k,l)分别表示干扰噪声si(n)和变电站噪声di(n)的频域变换结果,k代表频率,l代表帧号,i表示第i个传声器的序号。
2.2)对两个传声器的频域变换结果Xi(k,l)进行波束加权处理,形成指向性噪声测量结果。
本实施例中,步骤2.2)中对两个传声器的频域变换结果Xi(k,l)进行波束加权处理的函数表达式为:
上式中,Yj(k,l)为第j组波束加权值,j为波束组号,和/>分别为两个传声器的权重,X1(k,l)和X2(k,l)分别为两个传声器的频域变换结果。
本实施例中,步骤2.2)中形成指向性噪声测量结果包括:设计两个传声器的权重和/>的值,使得对应的第j组波束加权值Yj(k,l)在变电站所在方向有最大值,从而得到此时第j组波束加权值对应的第一指向性噪声测量结果Y1(k,l);设计两个传声器的权重/>和/>的值,使得对应的第j组波束加权值Yj(k,l)在干扰噪声方向形成谷点,从而得到此时第j组波束加权值对应的第二指向性噪声测量结果Y2(k,l)。例如,对于变电站噪声,假设其位于180度方向,干扰噪声源位于0度方向,设计两个传声器的权重/>和的值等于0.5,则在变电站所在方向有最大值,其波束图如图2中的(a)所示。图2中的(b)、(c)、(d)所示则为设计两个传声器的权重/>和/>的值为其他值的情况下得到的波束图。此外,设计两个传声器的权重/>和/>的值分别等于1和-1,则在0度方向(干扰噪声方向)形成谷点,其波束图如图2中的(e)所示。
本实施例中,第一指向性噪声测量结果Y1(k,l)的计算函数表达式为:
上式中,Y1(k,l)为第一指向性噪声测量结果,ω为角频率,d为两个传声器的中心间距(本实施例中0.06m),c为声速;第二指向性噪声测量结果Y2(k,l)的计算函数表达式为:
上式中,Y2(k,l)为第二指向性噪声测量结果。
根据指向性测量结果,估算变电站内部传播到站界的噪声。本实施例步骤3)中估算变电站内部传播到站界的噪声的函数表达式为:
上式中,为变电站噪声估算值,Y1(k,l)为第一指向性噪声测量结果,Y2(k,l)为第二指向性噪声测量结果,μ为调整参数(根据经验选择为10)。进一步地,可通过对变电站噪声估算值/>进行声压级计算即可估算出变电站噪声。
本实施例中,针对某变电站进行了无干扰噪声、有干扰噪声(车辆经过噪声)、有干扰噪声(站外有犬吠噪声)进行了测试,测试结果如表1所示。
表1变电站噪声估算效果。
参见表1可知,在无干扰的变电站站界噪声为77.7dB的情况下,当有车辆经过噪声时,直接测量为79.2dB,而采用本发明实施例方法的估算结果为77.78dB。当站外有犬吠噪声时,直接测量为80.4dB,而采用本发明实施例方法的估算结果为77.8dB。因此在有干扰的变电站站界噪声的情况下,不论是车辆经过噪声,还是站外有犬吠噪声,本发明实施例方法利用变电站噪声与外界干扰噪声的空间分布特性,能够有效消除干扰的影响,相对直接测量而言都取得了明显的效果,达到了抗干扰测量的目的。
此外,本发明还提供一种变电站站界噪声抗干扰估算系统,包括相互连接的微处理器和存储器,该微处理器中存储有被编程或配置以执行前述变电站站界噪声抗干扰估算方法的步骤。
此外,本发明还提供一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行前述变电站站界噪声抗干扰估算方法的计算机程序。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种变电站站界噪声抗干扰估算方法,其特征在于,包括:
1)获取传声器阵列中传声器的声信号;
2)对指定的两个传声器的声信号进行波束加权处理,形成指向性噪声测量结果,包括:2.1)分别对任意第i个传声器的声信号进行分帧处理并通过快速傅里叶变换转到频域,得到频域变换结果/>,其中/>代表频率,/>代表帧号,i表示第i个传声器的序号;2.2)对两个传声器的频域变换结果/>进行波束加权处理,形成指向性噪声测量结果;步骤2.2)中形成指向性噪声测量结果包括:设计两个传声器的权重/>和/>的值,使得对应的第j组波束加权值/>在变电站所在方向有最大值,从而得到此时第j组波束加权值对应的第一指向性噪声测量结果/>;设计两个传声器的权重/>和/>的值,使得对应的第j组波束加权值/>在干扰噪声方向形成谷点,从而得到此时第j组波束加权值对应的第二指向性噪声测量结果/>;
3)根据指向性测量结果,估算变电站内部传播到站界的噪声,且估算变电站内部传播到站界的噪声的函数表达式为:
上式中,为变电站噪声估算值,/>为第一指向性噪声测量结果,/>为第二指向性噪声测量结果,/>为调整参数。
2.根据权利要求1所述的变电站站界噪声抗干扰估算方法,其特征在于,所述传声器阵列布置在变电站的站界测点处,传声器阵列中至少两个传声器的连线垂直于变电站的站界围墙面;以及所述指定的两个传声器是指连线垂直于变电站的站界围墙面的两个传声器。
3.根据权利要求2所述的变电站站界噪声抗干扰估算方法,其特征在于,步骤2)中指定的两个传声器,在20Hz~20kHz频段范围内的幅值和相位一致性差别不大于5%。
4.根据权利要求1所述的变电站站界噪声抗干扰估算方法,其特征在于,步骤2.2)中对两个传声器的频域变换结果进行波束加权处理的函数表达式为:
上式中,为第j组波束加权值,j为波束组号,/>和/>分别为两个传声器的权重,/>和/>分别为两个传声器的频域变换结果。
5.根据权利要求1所述的变电站站界噪声抗干扰估算方法,其特征在于,所述第一指向性噪声测量结果的计算函数表达式为:
上式中,为第一指向性噪声测量结果,/>为角频率,d为两个传声器的中心间距,c为声速;所述第二指向性噪声测量结果/>的计算函数表达式为:
上式中,为第二指向性噪声测量结果。
6.一种变电站站界噪声抗干扰估算系统,其特征在于,包括:
声信号获取程序单元,用于获取传声器阵列中传声器的声信号;
声信号处理程序单元,用于对指定的两个传声器的声信号进行波束加权处理,形成指向性噪声测量结果;
站界噪声估算程序单元,用于根据指向性测量结果,估算变电站内部传播到站界的噪声;
所述声信号处理程序单元包括:
频域变换程序模块,用于分别对任意第i个传声器的声信号进行分帧处理并通过快速傅里叶变换转到频域,得到频域变换结果/>,其中/>代表频率,/>代表帧号,i表示第i个传声器的序号;
波束加权处理程序模块,用于对两个传声器的频域变换结果进行波束加权处理,形成指向性噪声测量结果;所述形成指向性噪声测量结果包括:设计两个传声器的权重和/>的值,使得对应的第j组波束加权值/>在变电站所在方向有最大值,从而得到此时第j组波束加权值对应的第一指向性噪声测量结果/>;设计两个传声器的权重/>和/>的值,使得对应的第j组波束加权值/>在干扰噪声方向形成谷点,从而得到此时第j组波束加权值对应的第二指向性噪声测量结果/>;
所述站界噪声估算程序单元估算变电站内部传播到站界的噪声的函数表达式为:
上式中,为变电站噪声估算值,/>为第一指向性噪声测量结果,/>为第二指向性噪声测量结果,/>为调整参数。
7.根据权利要求6所述的变电站站界噪声抗干扰估算系统,其特征在于,所述传声器阵列布置在变电站的站界测点处,传声器阵列中至少两个传声器的连线垂直于变电站的站界围墙面;以及所述指定的两个传声器是指连线垂直于变电站的站界围墙面的两个传声器。
8.根据权利要求7所述的变电站站界噪声抗干扰估算系统,其特征在于,所述指定的两个传声器,在20Hz~20kHz频段范围内的幅值和相位一致性差别不大于5%。
9.根据权利要求8所述的变电站站界噪声抗干扰估算系统,其特征在于,所述波束加权处理程序模块对两个传声器的频域变换结果进行波束加权处理的函数表达式为:
上式中,为第j组波束加权值,j为波束组号,/>和/>分别为两个传声器的权重,/>和/>分别为两个传声器的频域变换结果。
10.一种变电站站界噪声抗干扰估算系统,包括相互连接的微处理器和存储器,其特征在于,该微处理器中存储有被编程或配置以执行权利要求1~5中任意一项所述变电站站界噪声抗干扰估算方法的步骤。
11.一种计算机可读存储介质,其特征在于,该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行权利要求1~5中任意一项所述变电站站界噪声抗干扰估算方法的计算机程序。
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