基于小波分析的海底石油管道缺陷超声检测信号去噪处理

　　目前, 我国在役长距离油气输送管道总长达两万公里左右, 其中多数石油管道已经使用了数十年, 由于腐蚀导致的油气泄漏事故时有发生, 不仅造成了经济损失、能源浪费, 而且严重污染环境, 危及人身安全。因此对管道进行检测及评估, 以确保管道网络安全运输是非常重要的[ 1] 。当前我国正在进行的长达4 000 km 耗资将近200 亿美元的/ 西气东送0项目和即将进行的/ 中俄石油管道0项目,使得我国拥有自主知识产权的管道检测装置显得犹为紧迫。由国家863 计划资助的/ 海底管道内爬行器及其检测技术课题0便是在这样的背景下产生的, 主要研究设计如何同时利用漏磁检测和超声检测的原理对管道破损情况进行检测[ 2] 。石油管道缺陷超声检测系统一般由超声探头、发射接收电路、数据采集电路、数据分析处理系统、石油管道和石油( 耦合介质) 组成。材料噪声、仪器噪声和超声信号数字化有限字长效应等引起的噪声是海底石油管道缺陷超声检测不可避免的, 而且使得超声检测信号信噪比较低, 影响缺陷的定性和定量评价。因此缺陷信号的去噪处理对于海底石油管道缺陷的超声检测具有重要意义。对于超声信号的去噪处理国内已经进行了大量的研究[3~ 6] , 并且已经积累了一些成功的经验。但是对于海底石油管道缺陷超声检测信号的去噪尚无系统、细致的研究。因此本文研究了基于小波分析的超声信号去噪处理方法。文中首先简要的介绍了基于小波分析的信号去噪的基本原理, 然后通过大量超声信号处理实验具体研究了小波基的选择、小波分解的层次的选择对去噪效果的影响。最后对这种方法的去噪效果进行了总结。

　　1 基于小波分析的信号去噪的基本原理

　　小波变换作为时频分析方法的一种, 具有许多优良特性, 能很好地解决时间和频率分辨率的矛盾, 适合于对超声这种非平稳信号的时频局部分析。对小波变换的基本原理在这里不做详细介绍,具体内容可参考文献[ 7] 。一维信号去噪处理是小波分析的一个重要应用之一, 下面简要介绍小波分析的去噪原理。

　　一个含噪声的一维信号的模型可以表示成如下的形式:

　　在实际的工程中, 有用信号通常表现为低频信号, 而噪声信号则通常表现为高频信号。所以去噪过程可按如下方法处理: 首先对超声信号进行小波分解( 如进行四层分解, 分解过程如图1 所示) , 则噪声部分通常包含在CD1 , CD2 , CD3 ( 小波分解高频系数) 中, 因而可以以门限等形式对小波系数进行处理, 然后对信号进行重构即可以达到去噪的目的。对信号s ( i ) 消噪的目的就是要抑制信号中的噪声部分, 从而在s( i ) 中恢复出真实信号f ( i ) 。