CN116840785A - 一种变电站低频声源定位系统及方法 - Google Patents

一种变电站低频声源定位系统及方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种变电站低频声源定位系统及方法，系统包括传声器阵列、上位机和去噪系统。传声器阵列用于采集变电站的设备的声源信息和变电站的环境声源信息，并向去噪系统和上位机发送设备的声源信息和环境声源信息。上位机，用于对设备的声源信息和环境声源信息进行分析后确定去噪系统的阈值参数，对去噪后的声音信号进行声源定位，输出声源位置。去噪系统，用于滤除设备的声源信息和环境声源信息中在阈值参数之外的声音信号，对过滤后的声音信号进行去噪，向上位机发送去噪后的声音信号。通过去噪系统可以先滤除阈值参数之外的声音信号，减少了去噪的工作量，为声源定位提供了更纯净的声音信号，提高了声源定位的准确性。

Description

一种变电站低频声源定位系统及方法
技术领域
本申请涉及声源定位技术领域，尤其涉及一种变电站低频声源定位系统及方法。
背景技术
随着现代生活的快速发展，城市化推进也在逐步建设，随之而来的，人们生活和工业发展的用电需求在迅速增长，因此可以看到城市中出现了越来越多的变电站，用于解决用电紧张的问题。
城市的变电站在运行时会产生噪声，大部分属于低频噪声，目前城市中的变电站发出的低频声音多源于各类变电设备的工频电流的倍频振动，以100赫兹为基础的低频声音及其整数倍的高次谐波低频声音为主，由于低频噪声存在波长大、衰减慢的特性，导致变电站的低频噪声存在定位困难的问题，通常难以实现变电站低频噪声的准确定位。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种变电站声源定位系统及方法，旨在提高变电站低频声源定位的准确性。
第一方面，本申请实施例提供了一种变电站声源定位系统，所述系统包括：传声器阵列、上位机和去噪系统，所述传声器阵列、所述上位机和所述去噪系统之间相互连接；
所述传声器阵列，用于采集变电站的设备的声源信息和所述变电站的环境声源信息，并向所述去噪系统和所述上位机发送所述设备的声源信息和所述环境声源信息；
所述上位机，用于对所述设备的声源信息和所述环境声源信息进行分析后确定所述去噪系统的阈值参数；对去噪后的声音信号进行声源定位，输出声源位置；
所述去噪系统，用于滤除所述设备的声源信息和所述环境声源信息中在所述阈值参数之外的声音信号，对过滤后的声音信号进行去噪，向所述上位机发送去噪后的声音信号。
可选地，所述上位机具体用于对所述设备的声源信息和所述环境声源信息进行分析，得到所述设备的监测声源特性参数和所述环境声源的环境声源特性参数；
根据所述监测声源特性参数得到所述设备的声源特性参数阈值范围，根据所述环境声源特性参数得到所述环境声源特性参数阈值范围；
根据所述设备的声源特性参数阈值范围和所述环境声源特性参数阈值范围确定所述去噪系统的阈值参数。
可选地，所述上位机具体用于根据共轭虚拟方法构造虚拟阵列扩展实际阵列孔径的方式对去噪后的声音信号进行声源定位，输出声源位置。
可选地，所述上位机具体用于根据共轭虚拟扩展方法扩展实际阵列孔径，由数字式声学传感器阵列张量模型得到接收数据张量；
对所述接收数据张量进行高阶奇异值分解，计算得到张量信号子空间；
计算第一信息矩阵和第二信息矩阵的最小二乘解并进行特征值分解，得到第一特征值和第二特征值；
对所述第一特征值和所述第二特征值进行配对后，计算空间信号到达方向，输出声源位置。
可选地，所述去噪系统具体用于上支路滤波器对所述过滤后的声音信号进行时延估计、时延补偿处理后对声音信号赋权重系数，得到加权同步信号；
对所述加权同步信号进行累加求和后在所述过滤后的声音信号方向上形成主瓣波束，在除了所述过滤后的声音信号方向外的方向上形成波束零陷，得出上支路输出信号；
所述过滤后的声音信号输入下支路阻塞矩阵后，输入到凸组合滤波器中，得出下支路输出信号；
根据所述上支路输出信号和所述下支路输出信号的差值，得到误差信号，当所述误差信号小于预设值，输出去噪后的声音信号。
可选地，所述去噪系统具体用于所述过滤后的声音信号输入下支路阻塞矩阵后，输入到两个并联线性自适应滤波器组成的凸组合滤波器中，得出下支路输出信号，所述两个并联线性自适应滤波器为一个大步长滤波器和一个小步长滤波器。
第二方面，本申请实施例提供了一种变电站声源定位方法，所述方法包括：
采集变电站的设备的声源信息和所述变电站的环境声源信息；
对所述设备的声源信息和所述环境声源信息进行分析后确定滤除信号的阈值参数；
滤除所述设备的声源信息和所述环境声源信息中在所述阈值参数之外的声音信号，对过滤后的声音信号进行去噪；
对去噪后的声音信号进行声源定位，输出声源位置。
可选地，所述对所述设备的声源信息和所述环境声源信息进行分析后确定滤除信号的阈值参数，包括：
对所述设备的声源信息和所述环境声源信息进行分析，得到所述设备的监测声源特性参数和所述环境声源的环境声源特性参数；
根据所述监测声源特性参数得到所述设备的声源特性参数阈值范围，根据所述环境声源特性参数得到所述环境声源特性参数阈值范围；
根据所述设备的声源特性参数阈值范围和所述环境声源特性参数阈值范围确定滤除信号的阈值参数。
可选地，所述对去噪后的声音信号进行声源定位，输出声源位置，包括：
根据共轭虚拟方法构造虚拟阵列扩展实际阵列孔径的方式对去噪后的声音信号进行声源定位，输出声源位置。
可选地，所述根据共轭虚拟方法构造虚拟阵列扩展实际阵列孔径的方式对去噪后的声音信号进行声源定位，输出声源位置，包括：
根据共轭虚拟扩展方法扩展实际阵列孔径，由数字式声学传感器阵列张量模型得到接收数据张量；
对所述接收数据张量进行高阶奇异值分解，计算得到张量信号子空间；
计算第一信息矩阵和第二信息矩阵的最小二乘解并进行特征值分解，得到第一特征值和第二特征值；
对所述第一特征值和所述第二特征值进行配对后，计算空间信号到达方向，输出声源位置。
可选地，所述对过滤后的声音信号进行去噪，包括：
上支路滤波器对所述过滤后的声音信号进行时延估计、时延补偿处理后对声音信号赋权重系数，得到加权同步信号；
对所述加权同步信号进行累加求和后在所述过滤后的声音信号方向上形成主瓣波束，在除了所述过滤后的声音信号方向外的方向上形成波束零陷，得出上支路输出信号；
所述过滤后的声音信号输入下支路阻塞矩阵后，输入到凸组合滤波器中，得出下支路输出信号；
根据所述上支路输出信号和所述下支路输出信号的差值，得到误差信号，当所述误差信号小于预设值，输出去噪后的声音信号。
可选地，所述过滤后的声音信号输入下支路阻塞矩阵后，输入到凸组合滤波器中，得出下支路输出信号，包括：
所述过滤后的声音信号输入下支路阻塞矩阵后，输入到两个并联线性自适应滤波器组成的凸组合滤波器中，得出下支路输出信号，所述两个并联线性自适应滤波器为一个大步长滤波器和一个小步长滤波器。
相较于现有技术，本申请实施例具有以下有益效果：
本申请实施例提供了一种变电站低频声源定位系统及方法，所述系统包括传声器阵列、上位机和去噪系统。传声器阵列用于采集变电站的设备的声源信息和变电站的环境声源信息，并向去噪系统和上位机发送设备的声源信息和环境声源信息。上位机，用于对设备的声源信息和环境声源信息进行分析后确定去噪系统的阈值参数，对去噪后的声音信号进行声源定位，输出声源位置。去噪系统，用于滤除设备的声源信息和环境声源信息中在阈值参数之外的声音信号，对过滤后的声音信号进行去噪，向上位机发送去噪后的声音信号。
可见，通过上位机可以确定出去噪系统的阈值参数，使得去噪系统可以先滤除阈值参数之外的声音信号，减少了去噪的工作量，去噪系统对过滤后的声音信号进行去噪，为声源定位提供了更纯净的声音信号，提高了声源定位的准确性。
附图说明
为更清楚地说明本实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种变电站低频声源定位系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的虚拟阵列天线模型的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种变电站低频声源定位方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
城市的变电站在运行时会产生噪声，大部分属于低频噪声，目前城市中的变电站发出的低频声音多源于各类变电设备的工频电流的倍频振动，以100赫兹为基础的低频声音及其整数倍的高次谐波低频声音为主，例如200赫兹、300赫兹、400赫兹等。变电站的变压器、电抗器等高噪声设备的噪声频率主要分布在100Hz-800Hz之间，就属于低频噪声。由于低频噪声存在波长大、衰减慢的特性，导致变电站的低频噪声存在定位困难的问题，常规方法通常难以实现变电站低频噪声的准确定位。
基于此，为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种变电站低频声源定位系统及方法，可以通过传声器阵列、上位机以及去噪系统的配合，可以提前过滤与变电站设备的声源不相关的噪声信息，为声源定位提供更加准确的声音信号，从而提高声源定位的准确性。
下面结合附图，通过实施例来详细说明本申请实施例中变电站低频声源定位系统及方法的具体实现方式。
参见图1，该图为本申请实施例提供的一种变电站低频声源定位系统的结构示意图，该系统包括：传声器阵列101、上位机102和去噪系统103，传声器阵列101、上位机102和去噪系统103之间相互连接；
传声器阵列101，用于采集变电站的设备的声源信息和变电站的环境声源信息，并向去噪系统103和上位机102发送设备的声源信息和环境声源信息。
在一种可能的实施方式中，通过传声器阵列101采集变电站设备的声源信息和变电站的环境声源信息，并向去噪系统103和上位机102都发送设备的声源信息和环境声源信息。传声器阵列101可以对采集到的声源信息实现声音增强，是通过阵列在期望声源方向形成波束来实现的。传声器阵列101对不同频率的信号响应是不同的，而且对不同方向上的信号也具有不同的响应，指的是阵列的空间指向特性。当声音和周围的环境信息被多个传声器聚集时，传声器阵列101可以在期望的声源方向上形成一个波束去获取波束内的信号，并能够消除波束外的噪声，因此，通过传声器阵列101可以在采集声源信息的同时能够抑制波束外的噪声信息。
上位机102，用于对设备的声源信息和环境声源信息进行分析后确定去噪系统的阈值参数；对去噪后的声音信号进行声源定位，输出声源位置。
在一种可能的实施方式中，上位机102对设备的声源信息进行分析，可以得到设备的监测声源特性参数，上位机102对环境声源信息进行分析，可以得到环境声源的环境声源特性参数。其中，监测声源特性参数可以包括声源的频率参数或振幅参数。由于变电站各种设备的频率和振幅与其他声源噪声存在明显的区别，因此，可以通过频率参数或振幅参数来过滤其他噪声信息。
根据监测声源特性参数，可以得到设备的声源特性参数阈值范围，根据环境声源特性参数，可以得到环境声源特性参数阈值范围。
然后根据设备的声源特性参数阈值范围结合环境声源特性参数阈值范围就可以确定出变电站声源信息的噪声参数的阈值范围，将确定出的噪声参数的阈值范围确定为去噪系统的阈值参数范围的目的在于，通过去噪系统提前滤除与变电站各类设备的声源不相关的噪声信息，从而减少去噪系统进行去噪的工作量，进行提取到更纯净的声音信号，提升声源定位的准确性。作为一种示例，变电站的变压器、电抗器等高噪声设备的噪声频率主要分布在100Hz-800Hz之间，去噪系统的阈值参数范围可以为100Hz-800Hz之间，即去噪系统滤除100Hz-800Hz之外的声音信号。
在一种可能的实施方式中，上位机102根据共轭虚拟方法构造虚拟阵列扩展实际阵列孔径的方式对去噪后的声音信号进行声源定位，输出声源位置。
虚拟阵列扩展技术是根据真实阵元的接收信号构造出某些位置处的阵元数据或者构造出包含虚拟位置特征的信息，从而达到阵列扩展与增加阵元数量的目的，以获得更窄的主瓣。在本申请中实现声源定位是在传统参数估计ESPRIT算法的基础上，引入高维数组张量理论到数字式声学传感器阵列模型中，利用数字式声学传感器输出多维结构信息的实现的，相较于传统的声源定位处理方法中简单将数字式声学传感器的输出展开为长矢量的形式，减少了参数估计过程中可能出现的误差，从而提高了声源定位估计的精准度。
共轭虚拟扩展方法可以通过虚拟阵列天线模型来实现，参见图2，图2为虚拟阵列天线模型的结构示意图，其中虚拟阵列天线模型是利用均匀直线阵列天线的结构特性来设计构成的，真实阵元与虚拟阵元之间以阵元0为轴对称，经过扩展后总的阵元数为2N-1。
以第0号阵元作为参考阵元，则第n个阵元的接收信号xn(t)可以通过公式一来表示：
其中，a0(t)表示第一个信号的幅度，sn(θ0)表示第一个信号的方向，ap(t)表示第p个信号的幅度，sn(θp)表示第p个信号的方向，nn(t)表示噪声。
第-n个虚拟阵元的接收信号可以通过公式二来表示：
其中，x-n(t)表示第-n个虚拟阵列元素的接收信号；x* n(t)表示第n个阵列元素的接收信号，a0(t)表示第n个阵列元素的接收信号中的主瓣系数，s-n(θ0)表示第-n个虚拟阵列元素接收信号中的主瓣方向，ap(t)s-n(θp)表示第-n个虚拟阵列元素接收信号中的副瓣系数和副瓣方向，n* n(t)表示第n个阵列元素的接收信号中的噪声。由此可见，实际阵列天线导向矢量的共轭是虚拟天线阵列的导向矢量。
总的2N-1个阵元的接收信号x(t)可以通过公式三来表示：
可见，共扼虚拟扩展方法可以同一时间保存信号的方位向信息和时间数据，通过实际天线阵列的接收数据，构建实际天线阵列的共轭数据，以此对阵列进行虚拟扩展，通过这种方式增加阵列的增益值的同时，又阻止了超自由度的干扰。
在一种可能的实施方式中，可以根据共轭虚拟扩展方法扩展实际阵列孔径，由数字式声学传感器阵列张量模型得到接收数据张量X；
对接收数据张量X进行高阶奇异值分解(HOSVD)，之后可以通过计算得到张量信号子空间US，张量信号子空间中包括第一信息矩阵和第二信息矩阵。
然后计算第一信息矩阵Ψ1和第二信息矩阵Ψ2的最小二乘解并进行特征值分解，可以得到第一特征值ωk和第二特征值vk；
对第一特征值ωk和第二特征值vk进行配对后，计算空间信号到达方向，输出声源位置。
去噪系统103，用于滤除设备的声源信息和环境声源信息中在阈值参数之外的声音信号，对过滤后的声音信号进行去噪，向上位机102发送去噪后的声音信号。
在一种可能的实施方式中，去噪系统103根据阈值参数对于传声器阵列101采集到的设备的声源信息和环境声源信息进行过滤，滤除在阈值参数外的声音信号，并对过滤后的声音信号进行去噪，去噪之后向上位机102发送去噪后的声音信号，以便上位机102对去噪后的声音信号进行定位。
一般情况下采用广义旁瓣抵消器GSC对声音信号进行去噪，但是两通道的广义旁瓣抵消器GSC中的信号阻塞网络的构造就是将两通道对齐在信号方向上进行相减，但是这种阻塞情况的结果不会很好，尤其是在非平稳干扰与信号的来波方向较接近时，会将大部分的干扰也阻塞掉，严重影响自适应噪声对消的效果，因此，在本申请中去噪系统进行去噪是在广义旁瓣抵消器的基础上，引入大步长滤波器和小布长滤波器组成凸组合滤波器用于替换自适应抵消器。
在一种可能的实施方式中，去噪系统103对过滤后的声音信号进行去噪具体可以包括上支路滤波器对过滤后的声音信号进行时延估计、时延补偿处理后对声音信号赋权重系数；
广义旁瓣抵消器能够避免自适应噪声对消器(英文：adaptive noise canceller，ANC)中的信号泄漏问题，广义旁瓣抵消器包括上支路和下支路，上支路包含固定波束形成器，下支路包含阻塞矩阵和凸组合滤波器。传声器阵列在接收来自不同方向角度的目标信号、干扰和噪声时，通常会存在时延。因此，为了让各传声器阵元接收的信号与参考阵元接收信号在时域上保持同步，首先对传声器阵元接收信号进行时延估计：
其中，τkl为第l个声源信号入射到第k个传声器阵元产生的时间延迟，M为传声器阵元数目，d为阵元间距，sinθ为第l个声源信号入射角度的正弦值，c表示声速，P为入射信号数目。
然后通过时延补偿进行时延校正，使得接收信号达到同步状态，同步后的信号为：
x(n)＝As(n) (公式五)
其中，A＝[a1,a2,…,aM]为阵列流型矩阵，用于简化实际应用中复杂的信号延迟补偿，其中，ak表示第k个阵元的响应，akl表示第l个声源对第k个阵元的响应，/>为虚数单位，w为角频率，τkl表示第l个声源到第k个阵元的延迟时间，s(n)＝[s1(n),s2(n),…,sp(n)]T为入射信号，x(n)为同步后的信号。
然后为同步后的信号赋予权重系数，得到加权后的同步信号，使加权同步信号经过累加求和后可以在目标信号方向上得到最大的增益，进而形成一个主瓣波束，并使其他方向上的干扰和噪声降低到最小，以形成波束零陷，可以得到上支路的输出信号，其中，目标信号为输入的过滤后的声音信号。在固定波束形成器的输出中残留的噪声中一般是大量的相关噪声，非相关噪声的含量较少，能够达到对干扰和噪声进行初步抑制的效果。
上支路固定波束形成器的输出信号为zc(n)可以通过公式六来表示：
其中，wc＝[wc1,wc2…,wcM]为固定滤波器权值，上标T表示矩阵转置，x(n)＝[x1(n),x2(n),…,xM(n)]表示输入信号向量。
将过滤后的声音信号输入下支路阻塞矩阵后，将阻塞矩阵的输出信号输入到凸组合滤波器中，可以得出下支路输出信号；其中，凸组合滤波器是由两个并联线性自适应滤波器组成的，两个并联线性自适应滤波器为一个大步长滤波器和一个小步长滤波器。
下支路中阻塞矩阵的作用与带阻滤波器的作用类似，是利用声源的空间方位信息进行构造，在期望方向时设置一个零陷点，从而滤除阵元接收信号中的期望信号，使阵元接收信号通过阻塞矩阵后只输出噪声和干扰信号。阻塞矩阵为公式七，阻塞矩阵的输出信号为公式八，公式八中的B表示阻塞矩阵，x(n)表示输入信号。
yb(n)＝Bx(n) (公式八)
假设阻塞矩阵中B的第m行行向量为bm T，那么所有的m都需满足公式九的要求，阻塞矩阵中的行向量bm之间是线性独立的，因此，阻塞矩阵B的输出信号最多是由M-1个线性独立的元素组成的，即阻塞矩阵B的输出信号yb(n)为M-1路噪声与干扰信号。则可以通过ybg(n)来表示阻塞矩阵输出的第g路噪声信号。
然后将阻塞矩阵的输出信号输入到凸组合滤波器中，通过线性自适应滤波，可以得到输出的估计噪声，即下支路的输出信号。凸组合滤波器是由两个并联线性自适应滤波器组成的，一个为大步长滤波器，一个为小步长滤波器。由于大步长滤波器具有加快收敛速度的效果，小步长滤波器具有降低失调量的效果，因此，由大步长滤波器和小步长滤波器组成的凸组合滤波器在算法初始时能加快滤波速度，有可以在算法收敛时减小稳态误差，从而找到最优权值。
然后将上支路输出信号和下支路输出信号进行相减，可以得到误差信号，然后通过自适应算法根据误差信号不断更新线性滤波器权值，当误差信号小于预设值时，输出去噪后的声音信号，通过这种方式可以有效地过滤传声器阵列的阵元接收信号中的干扰和噪声，从而获得去噪后，纯净的声音信号。
以上为本申请实施例提供的一种变电站低频声源定位系统，系统包括传声器阵列、上位机和去噪系统。传声器阵列用于采集变电站的设备的声源信息和变电站的环境声源信息，并向去噪系统和上位机发送设备的声源信息和环境声源信息。上位机，用于对设备的声源信息和环境声源信息进行分析后确定去噪系统的阈值参数，对去噪后的声音信号进行声源定位，输出声源位置。去噪系统，用于滤除设备的声源信息和环境声源信息中在阈值参数之外的声音信号，对过滤后的声音信号进行去噪，向上位机发送去噪后的声音信号。
可见，通过上位机可以确定去噪系统的阈值参数，使得去噪系统可以先滤除阈值参数之外的声音信号，减少了去噪的工作量，去噪系统对过滤后的声音信号进行去噪，为声源定位提供了更纯净的声音信号，提高了声源定位的准确性。
参见图3，该图为本申请实施例提供的一种变电站低频声源定位方法的流程图，该方法可以包括：
S301：采集变电站的设备的声源信息和变电站的环境声源信息。
S302：对设备的声源信息和环境声源信息进行分析后确定滤除信号的阈值参数。
对设备的声源信息和环境声源信息进行分析后确定出需要被滤除的信号的阈值参数。
S303：滤除设备的声源信息和环境声源信息中在阈值参数之外的声音信号，对过滤后的声音信号进行去噪。
S304：对去噪后的声音信号进行声源定位，输出声源位置。
可选地，对设备的声源信息和环境声源信息进行分析后确定滤除信号的阈值参数，包括：
对设备的声源信息和环境声源信息进行分析，得到设备的监测声源特性参数和环境声源的环境声源特性参数；
根据监测声源特性参数得到设备的声源特性参数阈值范围，根据环境声源特性参数得到环境声源特性参数阈值范围；
根据设备的声源特性参数阈值范围和环境声源特性参数阈值范围确定滤除信号的阈值参数。
可选地，对去噪后的声音信号进行声源定位，输出声源位置，包括：
根据共轭虚拟方法构造虚拟阵列扩展实际阵列孔径的方式对去噪后的声音信号进行声源定位，输出声源位置。
可选地，根据共轭虚拟方法构造虚拟阵列扩展实际阵列孔径的方式对去噪后的声音信号进行声源定位，输出声源位置，包括：
根据共轭虚拟扩展方法扩展实际阵列孔径，由数字式声学传感器阵列张量模型得到接收数据张量；
对接收数据张量进行高阶奇异值分解，计算得到张量信号子空间；
计算第一信息矩阵和第二信息矩阵的最小二乘解并进行特征值分解，得到第一特征值和第二特征值；
对第一特征值和第二特征值进行配对后，计算空间信号到达方向，输出声源位置。
可选地，所述对过滤后的声音信号进行去噪，包括：
上支路滤波器对所述过滤后的声音信号进行时延估计、时延补偿处理后对声音信号赋权重系数，得到加权同步信号；
对所述加权同步信号进行累加求和后在所述过滤后的声音信号方向上形成主瓣波束，在除了所述过滤后的声音信号方向外的方向上形成波束零陷，得出上支路输出信号；
所述过滤后的声音信号输入下支路阻塞矩阵后，输入到凸组合滤波器中，得出下支路输出信号；
根据所述上支路输出信号和所述下支路输出信号的差值，得到误差信号，当所述误差信号小于预设值，输出去噪后的声音信号。
可选地，过滤后的声音信号输入下支路阻塞矩阵后，输入到凸组合滤波器中，得出下支路输出信号，包括：
过滤后的声音信号输入下支路阻塞矩阵后，输入到两个并联线性自适应滤波器组成的凸组合滤波器中，得出下支路输出信号，两个并联线性自适应滤波器为一个大步长滤波器和一个小步长滤波器。
本申请实施例提供的一种变电站低频声源定位方法，应用于变电站低频声源定位系统，对设备的声源信息和环境声源信息进行分析后可以确定出去噪系统需要滤除的信号的阈值参数，使得去噪系统可以先滤除阈值参数之外的声音信号，减少了去噪的工作量，去噪系统对过滤后的声音信号进行去噪，为声源定位提供了更纯净的声音信号，提高了声源定位的准确性。
本申请实施例中提到的“第一”、“第二”(若存在)等名称中的“第一”、“第二”只是用来做名字标识，并不代表顺序上的第一、第二。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法中的全部或部分步骤可借助软件加通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如只读存储器(英文：read-only memory，ROM)/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者诸如路由器等网络通信设备)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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，作为单元提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。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。
以上所述，仅为本申请的一种具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种变电站低频声源定位系统，其特征在于，所述系统包括：传声器阵列、上位机和去噪系统，所述传声器阵列、所述上位机和所述去噪系统之间相互连接；
所述传声器阵列，用于采集变电站的设备的声源信息和所述变电站的环境声源信息，并向所述去噪系统和所述上位机发送所述设备的声源信息和所述环境声源信息；
所述上位机，用于对所述设备的声源信息和所述环境声源信息进行分析后确定所述去噪系统的阈值参数；对去噪后的声音信号进行声源定位，输出声源位置；
所述去噪系统，用于滤除所述设备的声源信息和所述环境声源信息中在所述阈值参数之外的声音信号，对过滤后的声音信号进行去噪，向所述上位机发送去噪后的声音信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上位机具体用于对所述设备的声源信息和所述环境声源信息进行分析，得到所述设备的监测声源特性参数和所述环境声源的环境声源特性参数；
根据所述监测声源特性参数得到所述设备的声源特性参数阈值范围，根据所述环境声源特性参数得到所述环境声源特性参数阈值范围；
根据所述设备的声源特性参数阈值范围和所述环境声源特性参数阈值范围确定所述去噪系统的阈值参数。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上位机具体用于根据共轭虚拟方法构造虚拟阵列扩展实际阵列孔径的方式对去噪后的声音信号进行声源定位，输出声源位置。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述上位机具体用于根据共轭虚拟扩展方法扩展实际阵列孔径，由数字式声学传感器阵列张量模型得到接收数据张量；
对所述接收数据张量进行高阶奇异值分解，计算得到张量信号子空间；
计算第一信息矩阵和第二信息矩阵的最小二乘解并进行特征值分解，得到第一特征值和第二特征值；
对所述第一特征值和所述第二特征值进行配对后，计算空间信号到达方向，输出声源位置。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述去噪系统具体用于上支路滤波器对所述过滤后的声音信号进行时延估计、时延补偿处理后对声音信号赋权重系数，得到加权同步信号；
对所述加权同步信号进行累加求和后在所述过滤后的声音信号方向上形成主瓣波束，在除了所述过滤后的声音信号方向外的方向上形成波束零陷，得出上支路输出信号；
所述过滤后的声音信号输入下支路阻塞矩阵后，输入到凸组合滤波器中，得出下支路输出信号；
根据所述上支路输出信号和所述下支路输出信号的差值，得到误差信号，当所述误差信号小于预设值，输出去噪后的声音信号。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述去噪系统具体用于所述过滤后的声音信号输入下支路阻塞矩阵后，输入到两个并联线性自适应滤波器组成的凸组合滤波器中，得出下支路输出信号，所述两个并联线性自适应滤波器为一个大步长滤波器和一个小步长滤波器。
7.一种变电站低频声源定位方法，其特征在于，所述方法包括：
采集变电站的设备的声源信息和所述变电站的环境声源信息；
对所述设备的声源信息和所述环境声源信息进行分析后确定滤除信号的阈值参数；
滤除所述设备的声源信息和所述环境声源信息中在所述阈值参数之外的声音信号，对过滤后的声音信号进行去噪；
对去噪后的声音信号进行声源定位，输出声源位置。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对所述设备的声源信息和所述环境声源信息进行分析后确定滤除信号的阈值参数，包括：
对所述设备的声源信息和所述环境声源信息进行分析，得到所述设备的监测声源特性参数和所述环境声源的环境声源特性参数；
根据所述监测声源特性参数得到所述设备的声源特性参数阈值范围，根据所述环境声源特性参数得到所述环境声源特性参数阈值范围；
根据所述设备的声源特性参数阈值范围和所述环境声源特性参数阈值范围确定滤除信号的阈值参数。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对去噪后的声音信号进行声源定位，输出声源位置，包括：
根据共轭虚拟方法构造虚拟阵列扩展实际阵列孔径的方式对去噪后的声音信号进行声源定位，输出声源位置。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据共轭虚拟方法构造虚拟阵列扩展实际阵列孔径的方式对去噪后的声音信号进行声源定位，输出声源位置，包括：
根据共轭虚拟扩展方法扩展实际阵列孔径，由数字式声学传感器阵列张量模型得到接收数据张量；
对所述接收数据张量进行高阶奇异值分解，计算得到张量信号子空间；
计算第一信息矩阵和第二信息矩阵的最小二乘解并进行特征值分解，得到第一特征值和第二特征值；
对所述第一特征值和所述第二特征值进行配对后，计算空间信号到达方向，输出声源位置。
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