CN115469179A - 一种海底电缆缺陷定位方法、装置、存储介质及系统 - Google Patents

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CN115469179A CN202210982565.9A CN202210982565A CN115469179A CN 115469179 A CN115469179 A CN 115469179A CN 202210982565 A CN202210982565 A CN 202210982565A CN 115469179 A CN115469179 A CN 115469179A
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Abstract

本发明公开了一种海底电缆缺陷定位方法、装置、存储介质及系统。通过先用自适应小波阈值去噪算法对采集到的入反射叠加信号进行去噪以获取第一入反射叠加信号，再通过结构稀疏跟踪算法对第一入反射叠加信号进行同步压缩变换处理以消除信号时频谱中交叉项干扰，再进行缺陷定位，该海底电缆缺陷定位方法、装置、存储介质及系统提升了海底电缆的局部缺陷定位精确度。

Description

一种海底电缆缺陷定位方法、装置、存储介质及系统
技术领域
本发明涉及海底电缆缺陷定位技术领域，尤其涉及一种海底电缆缺陷定位方法、装置、存储介质及系统。
背景技术
随着海洋资源调查和开发进程的加快以及海岛经济的发展，海缆在国内外的使用数量不断增加。海缆工程是海洋产业技术中最为复杂困难的大型工程之一，和陆地缆线相比，海缆故障查找难度大，修复时间长，修复费用高。受到自然灾害、器件寿命和海上作业的影响，海缆可能发生故障。一旦发生故障，不仅会引起国民经济的巨大损失，还会给国民的正常生活造成严重影响。此外，受浊流、海啸、地震等具有区域性、动态性、不可预测因素的影响，海缆的位置、埋设深度和裸露状态可能发生变化，如受到洋流作用时海缆的表层会被冲刷，可能裸露于海底甚至在海底悬空，使海缆的安全运行受到极大威胁。为了避免海缆突发故障影响国民正常生活、国家经济发展和领土安全，除了临检外，还需要定期排查有可能发生悬空或裸露以及被海水侵蚀的海缆段落，获取海缆路由、埋深、故障信息以及周围环境状况等基本要素，及时准确地对海缆进行风险评估、维护和维修。因此，海底电缆局部缺陷的精确定位有着十分重要的研究意义。
在现有技术中，通常通过频域反射法和时频域反射法进行海底电缆的缺陷定位。其中，频域反射法采用注入扫频信号的方法，能够有效的对微弱缺陷进行识别；时频域反射法(time-frequency domain reflectometry,TFDR)选择参数可调的高斯包络线性调频信号(linear frequency modulation，LFM)作为入射信号，采用魏格纳分布(Wigner-Villedistribution,WVD)对实测入反射叠加信号进行时频处理，利用时频互相关函数对故障点进行定位。
但是，现有技术仍存在如下缺陷：频域反射法注入信号能量低且无法获取缺陷处的时域特征；当信号由多个分量叠加构成时，由于WVD不满足线性叠加原理，使用时频域反射法时会产生严重的交叉项干扰，从而对定位精度产生不利影响。
因此，当前需要一种海底电缆缺陷定位方法、装置、计算机可读存储介质以及系统，从而克服现有技术中存在的上述缺陷。
发明内容
本发明实施例提供一种海底电缆缺陷定位方法、装置、计算机可读存储介质以及系统，从而提升定位精确度。
本发明一实施例提供一种海底电缆缺陷定位方法，所述定位方法包括：通过信号发生器产生入射信号，并通过示波器采集入反射叠加信号；根据预设的自适应小波阈值去噪算法对所述入反射叠加信号进行去噪处理，获取第一入反射叠加信号；通过预设的结构稀疏跟踪算法，对所述第一入反射叠加信号进行同步压缩变换以获取时频分布信号；根据预设的时频互相关函数对所述时频分布信号进行处理，获取缺陷位置。
作为上述方案的改进，通过预设的结构稀疏跟踪算法，对所述第一入反射叠加信号进行同步压缩变换以获取时频分布信号，具体包括：根据所述第一入反射叠加信号的时变特性、预设的高斯窗函数以及预设的高斯窗函数跳跃点数，获取所述高斯窗函数的窗长、函数对应离散序列以及函数导数对应离散序列；根据所述窗长以及所述高斯窗函数跳跃点数，将所述第一入反射叠加信号进行重叠分段以构造第一信号矩阵；对所述函数对应离散序列、所述函数导数对应离散序列以及所述第一信号矩阵进行计算以获取第一时频矩阵和第二时频矩阵；根据预设的第一频带，对所述第一时频矩阵以及所述第二时频矩阵进行同步压缩排列，获得第三时频矩阵；根据预设的离散傅里叶反变换方法、所述第三时频矩阵以及预设的滑动窗，获得时频分布信号。
作为上述方案的改进，根据预设的时频互相关函数对所述时频分布信号进行处理，获取缺陷位置，具体包括：根据预设的时频互相关函数以及所述时频分布信号，并判断时频分布是否匹配；若匹配，则计算所述时频分布信号对应的函数值，并确定所述函数值取最大值时对应的时间和位置，根据所述时间和所述位置定位缺陷，并输出缺陷位置。
作为上述方案的改进，根据所述第一入反射叠加信号的时变特性、预设的高斯窗函数以及预设的高斯窗函数跳跃点数，获取所述高斯窗函数的窗长、函数对应离散序列以及函数导数对应离散序列，具体包括：根据所述第一入反射叠加信号的时变特性，确定预设的高斯窗函数的标准差，根据所述标准差计算所述高斯窗函数的窗长；根据预设的高斯窗函数跳跃点数，确定设置了所述窗长的所述高斯窗函数对应的函数对应离散序列，并确定设置了所述窗长的所述高斯窗函数的导数对应的函数导数对应离散序列。
作为上述方案的改进，对所述函数对应离散序列、所述函数导数对应离散序列以及所述第一信号矩阵进行计算以获取第一时频矩阵和第二时频矩阵，具体包括：将所述函数对应离散序列依次乘以第一信号矩阵列以获取第一时频信号矩阵，并对所述第一时频信号矩阵的每一列进行快速傅里叶变换以获取第一时频矩阵；所述第一信号矩阵包括若干个第一信号矩阵列；将所述函数导数对应离散序列依次乘以所述第一信号矩阵列以获取第二时频信号矩阵，并对所述第二时频信号矩阵的每一列进行快速傅里叶变换以获取第二时频矩阵。
作为上述方案的改进，根据预设的第一频带，对所述第一时频矩阵以及所述第二时频矩阵进行同步压缩排列，获得第三时频矩阵，具体包括：截取所述第一时频矩阵中与预设的第一频带对应的第一截取时频矩阵，并截取所述第二时频矩阵中与所述第一频带对应的第二截取时频矩阵；利用所述第二截取时频矩阵将所述第一截取时频矩阵沿预设的频率轴压缩排列，获取第三时频矩阵。
作为上述方案的改进，预设的时频互相关函数具体为：
Figure BDA0003800759720000041
式中，SSTs(τ,ω)、Es、SSTr(τ,ω)、Er分别为入、反射信号时频分布和时频域能量。
本发明另一实施例对应提供了一种海底电缆缺陷定位装置，所述定位装置包括信号收发单元、去噪处理单元、压缩变换单元以及时频定位单元，其中，所述信号收发单元用于通过信号发生器产生入射信号，并通过示波器采集入反射叠加信号；所述去噪处理单元用于根据预设的自适应小波阈值去噪算法对所述入反射叠加信号进行去噪处理，获取第一入反射叠加信号；所述压缩变换单元用于通过预设的结构稀疏跟踪算法，对所述第一入反射叠加信号进行同步压缩变换以获取时频分布信号；所述时频定位单元用于根据预设的时频互相关函数对所述时频分布信号进行处理，获取缺陷位置。
作为上述方案的改进，所述压缩变换单元还用于：根据所述第一入反射叠加信号的时变特性、预设的高斯窗函数以及预设的高斯窗函数跳跃点数，获取所述高斯窗函数的窗长、函数对应离散序列以及函数导数对应离散序列；根据所述窗长以及所述高斯窗函数跳跃点数，将所述第一入反射叠加信号进行重叠分段以构造第一信号矩阵；对所述函数对应离散序列、所述函数导数对应离散序列以及所述第一信号矩阵进行计算以获取第一时频矩阵和第二时频矩阵；根据预设的第一频带，对所述第一时频矩阵以及所述第二时频矩阵进行同步压缩排列，获得第三时频矩阵；根据预设的离散傅里叶反变换方法、所述第三时频矩阵以及预设的滑动窗，获得时频分布信号。
作为上述方案的改进，所述时频定位单元还用于：根据预设的时频互相关函数以及所述时频分布信号，并判断时频分布是否匹配；若匹配，则计算所述时频分布信号对应的函数值，并确定所述函数值取最大值时对应的时间和位置，根据所述时间和所述位置定位缺陷，并输出缺陷位置。
作为上述方案的改进，所述压缩变换单元还用于：根据所述第一入反射叠加信号的时变特性，确定预设的高斯窗函数的标准差，根据所述标准差计算所述高斯窗函数的窗长；根据预设的高斯窗函数跳跃点数，确定设置了所述窗长的所述高斯窗函数对应的函数对应离散序列，并确定设置了所述窗长的所述高斯窗函数的导数对应的函数导数对应离散序列。
作为上述方案的改进，所述压缩变换单元还用于：将所述函数对应离散序列依次乘以第一信号矩阵列以获取第一时频信号矩阵，并对所述第一时频信号矩阵的每一列进行快速傅里叶变换以获取第一时频矩阵；所述第一信号矩阵包括若干个第一信号矩阵列；将所述函数导数对应离散序列依次乘以所述第一信号矩阵列以获取第二时频信号矩阵，并对所述第二时频信号矩阵的每一列进行快速傅里叶变换以获取第二时频矩阵。
作为上述方案的改进，所述压缩变换单元还用于：截取所述第一时频矩阵中与预设的第一频带对应的第一截取时频矩阵，并截取所述第二时频矩阵中与所述第一频带对应的第二截取时频矩阵；利用所述第二截取时频矩阵将所述第一截取时频矩阵沿预设的频率轴压缩排列，获取第三时频矩阵。
本发明另一实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如前所述的海底电缆缺陷定位方法。
本发明另一实施例提供了一种海底电缆缺陷定位系统，所述定位系统包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如前所述的海底电缆缺陷定位方法。
与现有技术相比，本技术方案存在如下有益效果：
本发明提供了一种海底电缆缺陷定位方法、装置、计算机可读存储介质以及系统，通过先用自适应小波阈值去噪算法对采集到的入反射叠加信号进行去噪以获取第一入反射叠加信号，再通过结构稀疏跟踪算法(SST)对第一入反射叠加信号进行同步压缩变换处理以消除信号时频谱中交叉项干扰，再进行缺陷定位，该海底电缆缺陷定位方法、装置、计算机可读存储介质以及系统提升了海底电缆的局部缺陷定位精确度。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种海底电缆缺陷定位方法的流程示意图；
图2是本发明一实施例提供的一种海底电缆缺陷定位装置的结构示意图。
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作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。
具体实施例一
本发明实施例首先描述了一种海底电缆缺陷定位方法。图1是本发明一实施例提供的一种海底电缆缺陷定位方法的流程示意图。
如图1所示，所述海底电缆缺陷定位方法包括：
S1:通过信号发生器产生入射信号，并通过示波器采集入反射叠加信号。
在实际工程接线中，通过信号发生器产生入射信号，经一同轴电缆与T型头连接，进而连接到示波器上，由示波器通过一BNC转鳄鱼夹线连接到电缆缆芯和铜屏蔽层。本发明实施例以1000m长末端开路的500kV充油海底电缆为建模仿真对象，根据公式设置入射信号s(t)参数：α＝1.39×1012，β＝8.22×1012，f0＝5MHz，t0＝5μs，fs＝100MHz。电缆末端反射信号为r(t)，令y(t)＝s(t)+r(t)，对该叠加信号进行分析。
S2:根据预设的自适应小波阈值去噪算法对所述入反射叠加信号进行去噪处理，获取第一入反射叠加信号。
S3:通过预设的结构稀疏跟踪算法，对所述第一入反射叠加信号进行同步压缩变换以获取时频分布信号。
根据传输线理论，所述定位方法模型建立如下：根据传输线理论，采用分布参数电路模型对电缆线路进行表示，模型如图1所示。
图中：R0、L0、G0、C0分别为海底电缆每单位长度的电阻、电感、电导和电容，各参数计算公式为：
Figure BDA0003800759720000071
Figure BDA0003800759720000072
Figure BDA0003800759720000073
Figure BDA0003800759720000074
其中，ω为信号角频率；rc为电缆缆芯半径；rs为屏蔽层内半径；ρc为缆芯电阻率；ρs为屏蔽层电阻率；μ0为真空磁导率；σ为电介质的电导率；ε为电介质的介电常数。
长度为l的无缺陷电缆，信号传输模型如图2所示。
其首端反射系数Γ表示为：
Figure BDA0003800759720000075
式中：ZL为负载阻抗；Z0为电缆特性阻抗；γ0(ω)为电缆传播常数。其中：
Figure BDA0003800759720000076
Figure BDA0003800759720000077
高频情况下，电缆中电磁波波速ν几乎为定值。此时电缆特性阻抗可简化为：
Figure BDA0003800759720000078
当电缆发生局部缺陷时会形成阻抗不连续点，根据行波理论，行波在电缆中传输时会发生一系列的折反射，电缆首端反射系数也会发生相应的改变。为简化计算，研究仅考虑单次折反射。
根据传输线理论，线路上距终端l′处反射系数和输入阻抗表示为：
Figure BDA0003800759720000081
Figure BDA0003800759720000082
当电缆末端开路(ZL＝∞)时,Γ(0)＝1。将电缆分为3段进行计算。第一段，在x＝l2处的反射系数Γ(l2)和输入阻抗Zl2为：
Figure BDA0003800759720000083
Figure BDA0003800759720000084
第二段，在x＝l1处的反射系数Γ(l1)和输入阻抗Zl1为：
Figure BDA0003800759720000085
Figure BDA0003800759720000086
式中：γ1(ω)为缺陷段传播常数；Z1为缺陷段特性阻抗。
第三段，在x＝0，即电缆首端处的反射系数和输入阻抗为：
Figure BDA0003800759720000087
Figure BDA0003800759720000088
即传递函数为：
Figure BDA0003800759720000089
所述模型定位步骤中，电缆局部缺陷的存在会造成电缆物理结构或者电气性能发生变化，以电缆电容发生微弱变化为表征，因此可用首端反射系数对含有局部缺陷的电缆进行建模分析，并根据上述所述定位方法实现对电缆缺陷的定位。基于信号在时频域分布的特性，选择高斯包络线性调频信号作为入射信号。入射信号s(t)表达式如下：
Figure BDA0003800759720000091
其中：α控制高斯分布的宽度；β影响信号的频率带宽；ω为信号频率中心；t为信号时间中心。
然而，传统时频域反射法直接使用WVD算法对首端采集到的信号进行处理，获取信号时频能量分布，由于WVD算法引入了双线性核函数，使得多个信号分量在时频域产生耦合形成交叉项，这会大大降低对电缆缺陷的识别灵敏度，为提高对电缆缺陷点处的识别灵敏度，有效消除交叉项干扰影响，采用结构稀疏跟踪算法(SST算法)对首端信号进行同步压缩及信号重构处理。
在一个实施例中，通过预设的结构稀疏跟踪算法，对所述第一入反射叠加信号进行同步压缩变换以获取时频分布信号，具体包括：根据所述第一入反射叠加信号的时变特性、预设的高斯窗函数以及预设的高斯窗函数跳跃点数，获取所述高斯窗函数的窗长、函数对应离散序列以及函数导数对应离散序列；根据所述窗长以及所述高斯窗函数跳跃点数，将所述第一入反射叠加信号进行重叠分段以构造第一信号矩阵；对所述函数对应离散序列、所述函数导数对应离散序列以及所述第一信号矩阵进行计算以获取第一时频矩阵和第二时频矩阵；根据预设的第一频带，对所述第一时频矩阵以及所述第二时频矩阵进行同步压缩排列，获得第三时频矩阵；根据预设的离散傅里叶反变换方法、所述第三时频矩阵以及预设的滑动窗，获得时频分布信号。
在一个实施例中，根据所述第一入反射叠加信号的时变特性、预设的高斯窗函数以及预设的高斯窗函数跳跃点数，获取所述高斯窗函数的窗长、函数对应离散序列以及函数导数对应离散序列，具体包括：根据所述第一入反射叠加信号的时变特性，确定预设的高斯窗函数的标准差，根据所述标准差计算所述高斯窗函数的窗长；根据预设的高斯窗函数跳跃点数，确定设置了所述窗长的所述高斯窗函数对应的函数对应离散序列，并确定设置了所述窗长的所述高斯窗函数的导数对应的函数导数对应离散序列。
在一个实施例中，对所述函数对应离散序列、所述函数导数对应离散序列以及所述第一信号矩阵进行计算以获取第一时频矩阵和第二时频矩阵，具体包括：将所述函数对应离散序列依次乘以第一信号矩阵列以获取第一时频信号矩阵，并对所述第一时频信号矩阵的每一列进行快速傅里叶变换以获取第一时频矩阵；所述第一信号矩阵包括若干个第一信号矩阵列；将所述函数导数对应离散序列依次乘以所述第一信号矩阵列以获取第二时频信号矩阵，并对所述第二时频信号矩阵的每一列进行快速傅里叶变换以获取第二时频矩阵。
在一个实施例中，根据预设的第一频带，对所述第一时频矩阵以及所述第二时频矩阵进行同步压缩排列，获得第三时频矩阵，具体包括：截取所述第一时频矩阵中与预设的第一频带对应的第一截取时频矩阵，并截取所述第二时频矩阵中与所述第一频带对应的第二截取时频矩阵；利用所述第二截取时频矩阵将所述第一截取时频矩阵沿预设的频率轴压缩排列，获取第三时频矩阵。
在一个实施例中，实际应用中的处理步骤包括：(1)根据待分析离散信号x[n]的时变特性确定高斯窗的标准差σ，计算高斯窗函数的窗长；(2)设定高斯窗函数跳跃点数H，确定长度为L的高斯窗函数对应的离散序列g[n]，确定长度为L的高斯窗函数导数所对应的离散序列g′[n]；(3)对离散信号x[n]进行重叠分段，重叠点数为L-H，将每一段数据作为矩阵的每一列，构造成矩阵X；(4)将不变的高斯窗函数对应的离散序列g[n]乘以矩阵X的每一列，然后对每一列作Nf点数的FFT，得到时频矩阵Sx[m,k]；将不变的高斯窗函数的导数对应的离散序列乘以矩阵X的每一列，然后对每一列作Nf点数的FFT，得到时频矩阵
Figure BDA0003800759720000101
(5)选定所关心的频带，根据选定的所关心频带，对步骤(4)中得到的时频矩阵Sx[m,k]和时频矩阵
Figure BDA0003800759720000102
分别截取所关心频带对应的矩阵，分别得到矩阵Sx[m,k]和矩阵
Figure BDA0003800759720000103
并利用时频矩阵
Figure BDA0003800759720000104
将矩阵Sx[m,k]沿频率轴压缩排列，得到同步压缩变换后的时频矩阵Tx[m,1]；(6)对时频矩阵Tx[m,1]每一列作离散傅里叶反变换，得到双变量函数r[m,n]，接着对第m个序列乘以滑动窗g[n-mH]，并将结果相加，得到重构时域信号y[n]。
S4：根据预设的时频互相关函数对所述时频分布信号进行处理，获取缺陷位置。
依据以上步骤获取无交叉项的重构信号后，对入、反射信号计算时频互相关函数Csr(t)，当信号时频分布相匹配时Csr(t)取局部最大值。取时间tmx，使得Csr(t)在距离x处取极大值，即在一个实施例中，预设的时频互相关函数具体为：
Figure BDA0003800759720000111
Figure BDA0003800759720000112
Figure BDA0003800759720000113
式中，SSTs(τ,ω)、Es、SSTr(τ,ω)、Er分别为入、反射信号时频分布和时频域能量。当t＝x/ν时，时频互相关函数Csr(t)达到最大值，即这一局部峰值时间，也就是局部反射信号时间中心。
在一个实施例中，根据预设的时频互相关函数对所述时频分布信号进行处理，获取缺陷位置，具体包括：根据预设的时频互相关函数以及所述时频分布信号，并判断时频分布是否匹配；若匹配，则计算所述时频分布信号对应的函数值，并确定所述函数值取最大值时对应的时间和位置，根据所述时间和所述位置定位缺陷，并输出缺陷位置。
本发明实施例描述了一种海底电缆缺陷定位方法，通过先用自适应小波阈值去噪算法对采集到的入反射叠加信号进行去噪以获取第一入反射叠加信号，再通过结构稀疏跟踪算法(SST)对第一入反射叠加信号进行同步压缩变换处理以消除信号时频谱中交叉项干扰，再进行缺陷定位，该海底电缆缺陷定位方法提升了海底电缆的局部缺陷定位精确度。
具体实施例二
除上述方法外，本发明实施例还公开了一种海底电缆缺陷定位装置。图2是本发明一实施例提供的一种海底电缆缺陷定位装置的结构示意图。
如图2所示，所述定位装置包括信号收发单元11、去噪处理单元12、压缩变换单元13以及时频定位单元14。
其中，所述信号收发单元11用于通过信号发生器产生入射信号，并通过示波器采集入反射叠加信号。
去噪处理单元12用于根据预设的自适应小波阈值去噪算法对所述入反射叠加信号进行去噪处理，获取第一入反射叠加信号。
压缩变换单元13用于通过预设的结构稀疏跟踪算法，对所述第一入反射叠加信号进行同步压缩变换以获取时频分布信号。
在一个实施例中，压缩变换单元13还用于：根据所述第一入反射叠加信号的时变特性、预设的高斯窗函数以及预设的高斯窗函数跳跃点数，获取所述高斯窗函数的窗长、函数对应离散序列以及函数导数对应离散序列；根据所述窗长以及所述高斯窗函数跳跃点数，将所述第一入反射叠加信号进行重叠分段以构造第一信号矩阵；对所述函数对应离散序列、所述函数导数对应离散序列以及所述第一信号矩阵进行计算以获取第一时频矩阵和第二时频矩阵；根据预设的第一频带，对所述第一时频矩阵以及所述第二时频矩阵进行同步压缩排列，获得第三时频矩阵；根据预设的离散傅里叶反变换方法、所述第三时频矩阵以及预设的滑动窗，获得时频分布信号。
在一个实施例中，压缩变换单元13还用于：根据所述第一入反射叠加信号的时变特性，确定预设的高斯窗函数的标准差，根据所述标准差计算所述高斯窗函数的窗长；根据预设的高斯窗函数跳跃点数，确定设置了所述窗长的所述高斯窗函数对应的函数对应离散序列，并确定设置了所述窗长的所述高斯窗函数的导数对应的函数导数对应离散序列。
在一个实施例中，压缩变换单元13还用于：将所述函数对应离散序列依次乘以第一信号矩阵列以获取第一时频信号矩阵，并对所述第一时频信号矩阵的每一列进行快速傅里叶变换以获取第一时频矩阵；所述第一信号矩阵包括若干个第一信号矩阵列；将所述函数导数对应离散序列依次乘以所述第一信号矩阵列以获取第二时频信号矩阵，并对所述第二时频信号矩阵的每一列进行快速傅里叶变换以获取第二时频矩阵。
在一个实施例中，压缩变换单元13还用于：截取所述第一时频矩阵中与预设的第一频带对应的第一截取时频矩阵，并截取所述第二时频矩阵中与所述第一频带对应的第二截取时频矩阵；利用所述第二截取时频矩阵将所述第一截取时频矩阵沿预设的频率轴压缩排列，获取第三时频矩阵。
时频定位单元14用于根据预设的时频互相关函数对所述时频分布信号进行处理，获取缺陷位置。
在一个实施例中，时频定位单元14还用于：根据预设的时频互相关函数以及所述时频分布信号，并判断时频分布是否匹配；若匹配，则计算所述时频分布信号对应的函数值，并确定所述函数值取最大值时对应的时间和位置，根据所述时间和所述位置定位缺陷，并输出缺陷位置。
其中，所述海底电缆缺陷定位装置集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。本发明另一实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如前所述的海底电缆缺陷定位方法。
所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，单元之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
本发明实施例描述了一种海底电缆缺陷定位装置及计算机可读存储介质，通过先用自适应小波阈值去噪算法对采集到的入反射叠加信号进行去噪以获取第一入反射叠加信号，再通过结构稀疏跟踪算法(SST)对第一入反射叠加信号进行同步压缩变换处理以消除信号时频谱中交叉项干扰，再进行缺陷定位，该海底电缆缺陷定位装置及计算机可读存储介质提升了海底电缆的局部缺陷定位精确度。
具体实施例三
除上述方法和装置外，本发明实施例还描述了一种海底电缆缺陷定位系统。
所述定位系统包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如前所述的海底电缆缺陷定位方法。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个装置的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述装置的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(FlashCard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
本发明实施例描述了一种海底电缆缺陷定位系统，通过先用自适应小波阈值去噪算法对采集到的入反射叠加信号进行去噪以获取第一入反射叠加信号，再通过结构稀疏跟踪算法(SST)对第一入反射叠加信号进行同步压缩变换处理以消除信号时频谱中交叉项干扰，再进行缺陷定位，该海底电缆缺陷定位系统提升了海底电缆的局部缺陷定位精确度。
以上所述是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种海底电缆缺陷定位方法，其特征在于，所述定位方法包括：
通过信号发生器产生入射信号，并通过示波器采集入反射叠加信号；
根据预设的自适应小波阈值去噪算法对所述入反射叠加信号进行去噪处理，获取第一入反射叠加信号；
通过预设的结构稀疏跟踪算法，对所述第一入反射叠加信号进行同步压缩变换以获取时频分布信号；
根据预设的时频互相关函数对所述时频分布信号进行处理，获取缺陷位置。
2.根据权利要求1所述的海底电缆缺陷定位方法，其特征在于，通过预设的结构稀疏跟踪算法，对所述第一入反射叠加信号进行同步压缩变换以获取时频分布信号，具体包括：
根据所述第一入反射叠加信号的时变特性、预设的高斯窗函数以及预设的高斯窗函数跳跃点数，获取所述高斯窗函数的窗长、函数对应离散序列以及函数导数对应离散序列；
根据所述窗长以及所述高斯窗函数跳跃点数，将所述第一入反射叠加信号进行重叠分段以构造第一信号矩阵；
对所述函数对应离散序列、所述函数导数对应离散序列以及所述第一信号矩阵进行计算以获取第一时频矩阵和第二时频矩阵；
根据预设的第一频带，对所述第一时频矩阵以及所述第二时频矩阵进行同步压缩排列，获得第三时频矩阵；
根据预设的离散傅里叶反变换方法、所述第三时频矩阵以及预设的滑动窗，获得时频分布信号。
3.根据权利要求2所述的海底电缆缺陷定位方法，其特征在于，根据预设的时频互相关函数对所述时频分布信号进行处理，获取缺陷位置，具体包括：
根据预设的时频互相关函数以及所述时频分布信号，并判断时频分布是否匹配；
若匹配，则计算所述时频分布信号对应的函数值，并确定所述函数值取最大值时对应的时间和位置，根据所述时间和所述位置定位缺陷，并输出缺陷位置。
4.根据权利要求3所述的海底电缆缺陷定位方法，其特征在于，根据所述第一入反射叠加信号的时变特性、预设的高斯窗函数以及预设的高斯窗函数跳跃点数，获取所述高斯窗函数的窗长、函数对应离散序列以及函数导数对应离散序列，具体包括：
根据所述第一入反射叠加信号的时变特性，确定预设的高斯窗函数的标准差，根据所述标准差计算所述高斯窗函数的窗长；
根据预设的高斯窗函数跳跃点数，确定设置了所述窗长的所述高斯窗函数对应的函数对应离散序列，并确定设置了所述窗长的所述高斯窗函数的导数对应的函数导数对应离散序列。
5.根据权利要求4所述的海底电缆缺陷定位方法，其特征在于，对所述函数对应离散序列、所述函数导数对应离散序列以及所述第一信号矩阵进行计算以获取第一时频矩阵和第二时频矩阵，具体包括：
将所述函数对应离散序列依次乘以第一信号矩阵列以获取第一时频信号矩阵，并对所述第一时频信号矩阵的每一列进行快速傅里叶变换以获取第一时频矩阵；所述第一信号矩阵包括若干个第一信号矩阵列；
将所述函数导数对应离散序列依次乘以所述第一信号矩阵列以获取第二时频信号矩阵，并对所述第二时频信号矩阵的每一列进行快速傅里叶变换以获取第二时频矩阵。
6.根据权利要求5所述的海底电缆缺陷定位方法，其特征在于，根据预设的第一频带，对所述第一时频矩阵以及所述第二时频矩阵进行同步压缩排列，获得第三时频矩阵，具体包括：
截取所述第一时频矩阵中与预设的第一频带对应的第一截取时频矩阵，并截取所述第二时频矩阵中与所述第一频带对应的第二截取时频矩阵；
利用所述第二截取时频矩阵将所述第一截取时频矩阵沿预设的频率轴压缩排列，获取第三时频矩阵。
7.根据权利要求6所述的海底电缆缺陷定位方法，其特征在于，预设的时频互相关函数具体为：
Figure FDA0003800759710000031
式中，SSTs(τ,ω)、Es、SSTr(τ,ω)、Er分别为入、反射信号时频分布和时频域能量。
8.一种海底电缆缺陷定位装置，其特征在于，所述定位装置包括信号收发单元、去噪处理单元、压缩变换单元以及时频定位单元，其中，
所述信号收发单元用于通过信号发生器产生入射信号，并通过示波器采集入反射叠加信号；
所述去噪处理单元用于根据预设的自适应小波阈值去噪算法对所述入反射叠加信号进行去噪处理，获取第一入反射叠加信号；
所述压缩变换单元用于通过预设的结构稀疏跟踪算法，对所述第一入反射叠加信号进行同步压缩变换以获取时频分布信号；
所述时频定位单元用于根据预设的时频互相关函数对所述时频分布信号进行处理，获取缺陷位置。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至7中任意一项所述的海底电缆缺陷定位方法。
10.一种海底电缆缺陷定位系统，其特征在于，所述定位系统包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任意一项所述的海底电缆缺陷定位方法。
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