浅析算法小波算法实际运用

[内容摘要]小波算法在现实中应用十分广泛。本文尝试通过小波算法在激光雷达回波信号去噪、监测数据压缩中、暂态电能质量分析中的应用等三个实例，对小波算法在实际中应用进行探讨。
［关键词］小波算法；应用研究
小波算法是用于图形压缩并识别的一种高效算法，目前应用于各个需要对数据进行压缩识别的领域。

一、小波算法在激光雷达回波信号去噪中的应用

激光雷达系统中的同波信号经常遭受多种噪声源的干扰，在低信噪比环境下有效地抑制信号里的噪音，增强有用部分，获取弱目标信息是雷达信号检测的最重要的问题。小波变换采取的是时频域分析法，在时间、尺度两个区域上都拥有表征信号局部特征的能力，对于微弱信号、不稳定信号、瞬时信号及奇怪信号的分析与检测方有很大的应用。作为一种稳定性较差的弱信号，激光回波信号很适合运用小波变换进行去噪处理。
激光雷达作为一个窄带系统，与噪声相比较起来，激光回波信号可被认作为低频信号，对于高品信息中的有用信息的获取是比较困难的。典型的激光回波信号中的三脉冲累加回波信号是通过220 MHz的A／D采样所获得的，获取的回波信号很明显具有下冲特点。噪声幅频特征，取1000点做FFT变换，噪声的功率位于0～75MHz这个范围幅度，大部分落于0～50MHz这个频率范围内，判断此噪声是色噪声。在同一扫描间隔里的激光回波信号，不同回波序列之间噪声的低频成分与目标信号的低频成分之间没什么关联性，然而目标信号里的低频部分彼此之间却有非常好的关联性。依照信号拥有优良的时间相关性，而噪声却缺乏这种相关性（某些时候在短时间内个别相关）的特点，选择恰当的更新算子，采取低频信号进行信号的重构，就可以十分有效地消除噪声。
信号第二代小波降噪步骤：（1）载入信号并计算尺寸；（2）进行分裂；（3）进行反变换；（4）输出结果信号与原始信号进行比较。

二、小波算法监测数据压缩中的应用

当前，实际信号中应用到的很多数据压缩方法都取得了很好的应用效果，在这之中，小波方法是应用最广泛的一种。对于以线性频率组成为主的信号，一般都应用线性小波的压缩方法进行处理。这种处理方式能够获得很高的分辨率，其机理是利用一个阀值将高频噪声信号清除，进而完成信号的压缩。但在现实中的一些非线性不稳定信号，这种方法明显存在着缺陷，因此，引入形态小波对此类信号进行压缩。采用形态小波对信号进行压缩分析，因为计算简单，一般的硬件就能够实现，运算时实行比较高，且作为原位运算的形态小波，没有必要占用额外的内存空间对计算的中间结果进行保存。形态小波对信号进行压缩处理的具体操作步骤如下：
一是对信号的形态特征进行分析，二是对形态学的分析算子进行确定，三是对形态小波实施分解，四是分析提取压缩完毕的信号。

三、小波算法暂态电能质量分析中的应用

电能质量基本有稳态电能质量及暂态电能质量组成，其对供电系统的供电安全及用电设备的正常运行都具有极大的影响。经不断的努力研究，稳态电能质量已基本满足实际的应用要求，但随着计算机等高敏感性电设备的源于：标准论文格式范例www.618jyw.com
应用，对供电的可靠性、暂态恒定性和可控性等都提出了更高的要求。暂态电能质量问题开始引起人们的高度重视，为了提高电能质量，小波算法也被应用到对暂态电能质量的分析里。
应用小波算法对暂态电能质量进行分析，主要是从电压瞬时脉冲、电压瞬时突变、电压骤降、骤升和瞬时断电等方面进行。

(一)电压瞬时脉冲

图1所显示的是Daub4小波对电压瞬时脉冲的检测结果，由此图能够看出，时间轴被拉伸过的小波系数模最大值出现的时间恰好和图1（a）里电压脉冲出现的时间相重合，由此可见，Daub4小波变换可以对发生电压脉冲的时间进行很好的检测。
图2则表明，对于电压信号出现的瞬态突变的时间也同样具有很好的检测效果，就是图2（b）里小波系数模值达到最高的时刻。
雷击及开关操作都是引发瞬时脉冲和突变的直接因素，雷击向电路注入了一个额外的电流，当其流经接地电阻时，致使电压发生瞬时脉冲。此外，供电方对电路的保护措施，切负荷及改变系统运行方式等一系列的开关操作，都会令电路产生瞬时脉冲。

(二)电压骤降

图3显示的是电路持续时间达3个周期的电压骤降扰动及小波变换对它的检测结果，由图中数据可以知道，小波系数对电路电压骤变出现和消失的时间都可以进行反映。

(三)电压骤升

其分析方法基本与电压骤降的分析方法相似，三相电路发生单相接地故障时候的非故障相是出现电压骤升的最主要原因。

(四)瞬时断电

通常情况下，供电线路遭受到雷击侵袭引发对地络，或因为系统产生故障而采取保护动作、短时间内是去电源然后进行重新合闸成功时，就会发生电压瞬时断电现象。根据数据分析，Daub4小波亦能够对电压瞬时中段进行很好的检测，对于中断发生的起始时间，都能够准确显示。
参考文献：
居滋培，林燕凌，王斌，董大伟.暂态电能质量分析中的小波算法及应用.上海理工大学学报，2007（6）
张松伟，崔晓.“二代小波变换算法”在激光雷达回波信号去噪中的应用.河南师范大学学报，2011（6）
（责任编辑 史玉英）