1.一种通信电缆故障检测方法,其特征在于,包括:S1:通过电压传感器监测通信电缆各处的电压信号;
S2:根据所述电压信号,判断是否存在扰动,若是,进入S3,否则,返回S1继续监测;
S3:根据所述电压信号,计算互相关参数;
S4:判断所述互相关参数是否大于预设互相关值,若是,确定通信电缆初步诊断存在故障,进入S5,否则,返回S1继续监测;
S5:通过卡尔曼滤波器,对所述电压信号进行预测,得到电压估计信号;
S6:计算所述电压信号与所述电压估计信号之间的残差信号;
S7:根据所述残差信号计算半周期标准偏差;
S8:以各个时刻的互相关参数为横坐标,各个时刻的半周期标准偏差为纵坐标,生成状态图;
S9:根据所述状态图,通过卷积神经网络进行精细诊断,确定故障类型;
S10:记录电压传感器的编号、位置、初步诊断结果以及精细诊断结果,在检测到通信电缆存在故障时,以电压传感器的位置作为故障发生位置进行定位预警。
2.根据权利要求1所述的通信电缆故障检测方法,其特征在于,所述S2中的根据所述电压信号,判断是否存在扰动具体包括:判断所述电压信号是否满足以下条件,若是,确定不存在扰动,否则,确定存在扰动:V1<|yt|
其中,V1表示扰动下限值,V2表示扰动上限值,yt表示t时刻的电压信号;
所述扰动下限值V1具体为:
V1=α1|yt-T/2|
其中,α1表示扰动下限系数,yt-T/2表示前一个半周期中与t时刻电压信号对应的电压信号,T表示周期;
所述扰动上限值V2具体为:
V2=α2|yt-T/2|
其中,α2表示扰动上限系数。
3.根据权利要求1所述的通信电缆故障检测方法,其特征在于,所述互相关参数的计算方式具体为:其中,Ci表示t时刻的互相关参数,T表示周期,A1(t)表示t时刻之前的半个周期的电压信号,表示t时刻之前的半个周期的电压信号的平均值,A2(t)表示t时刻之后的半个周期的电压信号,表示t时刻之后的半个周期的电压信号的平均值。
4.根据权利要求1所述的通信电缆故障检测方法,其特征在于,所述S5具体包括:S501:将理想状态下的电压估计信号通过余弦信号进行表示:其中,St表示t时刻的电压估计信号,a表示振幅,ω0表示角频率,t表示时间,表示相位;
S502:基于余弦信号的基本性质,构建电压动态方程:St+1+St-1=2cos(ω0)St+ψt其中,St+1表示t+1时刻的电压估计信号,St-1表示t-1时刻的电压估计信号,ψt表示t时刻的误差;
S503:根据所述电压动态方程,构建卡尔漫滤波器的状态空间:Xt+1=MXt+bψt
yt=hTXt+vt
其中,yt表示实际状态下t时刻的电压信号,X表示状态向量,Xt+1=h表示测量矩阵,h=[1 0],()T表示矩阵的转置运算;
S504:通过卡尔曼滤波器,对电压传感器测量到的实际状态下的电压信号进行预测,求解电压估计信号。
5.根据权利要求4所述的通信电缆故障检测方法,其特征在于,所述S504具体包括:初始化状态向量和误差协方差;
计算卡尔曼滤波器的瞬时卡尔曼增益:
Kt=Pt-hT(hPthT+Rt)-1其中,Kt表示t时刻卡尔曼增益,Pt表示t时刻的误差协方差,h表示测量矩阵,Rt表示t时刻的测量噪声;
根据瞬时卡尔曼增益,更新状态向量:
其中,表示t时刻的状态向量估计值,表示t时刻的状态向量当前值,yt表示实际状态下t时刻的电压信号;
根据更新后的状态向量,确定各个时刻的电压估计信号。
6.根据权利要求1所述的通信电缆故障检测方法,其特征在于,所述残差信号的计算方式具体为:VSRt=yt-St
其中,VSRt表示t时刻的残差信号,St表示t时刻的电压估计信号,yt表示电压传感器测量到的实际状态下的t时刻的电压信号。
7.根据权利要求1所述的通信电缆故障检测方法,其特征在于,所述半周期标准偏差的计算方式具体为:其中,Sdt表示t时刻的半周期标准偏差,T表示周期,表示残差信号平均值。
8.根据权利要求1所述的通信电缆故障检测方法,其特征在于,所述卷积神经网络包括输入层、卷积层、池化层、全连接层、分类层以及输出层,所述S9具体包括:S901:在输入层中,获取所述状态图;
S902:在卷积层中,提取所述状态图的特征:其中,表示当前卷积层的输出,表示前一卷积层的输出,表示当前卷积层的卷积核权重,表示当前卷积层的偏置项,Mj表示选择的输入特征映射,σ()表示激活函数;
S903:在池化层中,对提取的特征进行降维:其中,down表示下采样函数,表示当前池化层的输出,表示前一池化层的输出;
S904:在全连接层中,对特征进行汇总,得到隐状态;
S905:在分类层中,计算属于各个故障类型的概率值:Pt=Softmax(Wδhht+bδ)Pt=[P1t,…,Pit,…,Pnt]其中,Pt表示在t时刻属于各个故障类型的概率值,Softmax()表示Softmax激活函数,ht表示t时刻的隐状态,Wδh表示全连接层与分类层之间的权重,bδ表示全连接层与分类层之间的偏置,Pit表示t时刻属于第i个故障类型的概率值,i=1,2,…,n,n表示故障类型总数;
S906:在输出层中,将概率值最大的故障类型作为精细诊断结果,并输出。
9.根据权利要求8所述的通信电缆故障检测方法,其特征在于,所述卷积神经网络的训练方式具体为:以均方差损失函数最小为目标,通过改进的粒子群优化算法,确定卷积神经网络的最佳网络参数。
10.一种通信电缆故障检测系统,其特征在于,包括:处理器;
存储器,所述存储器上存储有计算机可读指令,所述计算机可读指令被所述处理器执行时,实现如权利要求1至9中任一项所述的通信电缆故障检测方法。