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。

参照图1-2，一种基于传声器阵列的GIS声学信号提取方法，包括以下步骤：

S1、利用传声器阵列11获取GIS的多方位角度的运行声信号，并进行空间滤波，得到含噪声信号；

S2、对得到的含噪声信号记录并进行数字化处理，得到含噪声信号数据；

S3、对得到的含噪声信号数据进行小波包分解处理；

S4、对小波包分解后的信号进行阈值降噪处理，分离了GIS期望信号与干扰噪声，得到降噪信号；

S5、将得到的降噪信号可视化投屏。

在本申请中，传声器阵列11是采用一定数目的声学传声器进行排列，用于对GIS运行时辐射的声场进行空间特性采集，通过传声器阵列可以获取声源多方位的角度信息，与传统的采用单传声器对GIS辐射出的声信号进行采集相比，提高了空间分辨率，局限性更小，有利于对GIS的故障特征的声信号的提取。

进一步的，通过在传声器阵列11对GIS运行时辐射的声源进行多方位的角度信息获取，并进行空间滤波处理，然后经过数据采集仪12进行数字化处理后进行小波包分解处理，然后再进行阈值降噪处理，分离了GIS期望信号与干扰噪声，得到降噪信号，相较于传统只是在信号处理的后端进行滤波处理，得到的信噪比更高，且多重降噪方法达到的期望降噪效果更能达到期望的状态。

具体的，因为传声器阵列11采集的声信号中包含背景噪声，小波包阈值降噪可以有效的去除背景噪声的影响。小波包阈值降噪的原理是将经过小波包变换后的幅值系数与设置的阈值相比较，将小于阈值的分量设为0，大于等于阈值的系数进行保留，最后把剩余的小波包系数加以重构。

S1中传声器阵列获取GIS运行声信号采用的是远场声源信号模型，其中：S为远场声源，L₁…L_M表示的是传声器阵列中的M个阵元，d为相邻两个传声器之间的距离，θ为远场声源的入射角度，根据传声器的分布位置不同，不同位置上的阵元接收到的信号会存在一定的时间延迟，以第一个阵元作为参考，则声信号到达其他传声器的时间相对于第一个传声器的时间延迟为：

τ_m＝dcosθ/c，m＝1,2,…,M

波束形成的输出为：

通过对权重w_m进行设置空间滤波的俯仰角，聚焦期望方向上的信号。

在本发明中，将小波包阈值降噪运用于实际的GIS声信号降噪上。

设{θ_j(t-2/n)}_n∈Z为空间U_j的正交基，正交尺度函数和小波函数构成二尺度方程：

即让信号W₁(t)通过h_k、g_k这两个高、低通组合正交镜像滤波器进行组合二抽一采样。小波包分解的实质是将信号分解到不同的频段中，小波包分解的频段宽度△f与分解层数j以及采样频率f_s满足

适当选择分解层数可以即可得到所需的频段宽度及各频段起、止频段

。对小波包进行分解得到两个尺度之间的子波系数关系：

信号即被分解为：

其中u_n(t)为小波包对应函数集生成的子空间。对分解后的每个尺度子波系数进行阈值处理，将低于门限阈值的子波系数置为零，重构各个尺度的剩余系数，得到降噪后的信号。考虑采样频率、小波包分解子带频率以及GIS本体噪声频率范围之间的联系，采用3层小波包分解算法对采集到的GIS原始噪声信号进行降噪处理。

本发明还公开了一种基于传声器阵列的GIS声学信号提取的系统，包括：

采集模块1，包括传声器阵列11和数据采集仪12，用于获取GIS辐射出的声信号。其中，传声器阵列11，用于获取GIS的多方位角度的运行声信号，获取声源多方位的角度信息，同时提高获取声信号的分辨率。而数据采集仪12则是用于对获取的CIS运行声信号进行记录，并对记录的CIS运行声信号进行数字化处理。

降噪模块2包括前端阵列处理模块21和后端小波包降噪模块22，用于对采集模块1获取的GIS声信号进行降噪处理。其中，前端阵列处理模块21设置在传声器阵列11上，用于聚焦期望方向上的声信号，零陷干扰噪声。后端小波包降噪模块22，用于设置阈值，滤除小波包能量小于该阈值的频段，以便于进行阈值降噪处理。

PC模块3，PC模块3包括显示屏31和存储器32，对处理后的信号进行显示和储存。显示屏31，用于显示经过降噪模块2处理后的信号数据。存储器32，用于存储信号数据。

本发明中，首先通过传声器阵列可以获取声源多方位的角度信息，提高了空间分辨率，再通过构建指向性的空间滤波器对声信号加权滤波，然后接着对空间滤波后的声信号进一步的小波包阈值降噪，以达到提高GIS声信号提取效果的作用，且提高了声学诊断过程中的信噪比。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。