本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種數(shù)字三維示波器的波形數(shù)據(jù)處理方法，將一次刷新周期內(nèi)采集到的多幅波形數(shù)據(jù)映射到三維波形數(shù)據(jù)庫(kù)，將該三維數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容作為數(shù)據(jù)處理對(duì)象進(jìn)行統(tǒng)計(jì)直方圖分析，采用K均值聚類算法將直方圖分為高低兩個(gè)部分，即Hupper和Hlower兩個(gè)部分。根據(jù)Hupper和Hlower估計(jì)脈沖參數(shù)的高、低狀態(tài)電平，即頂端值vtop和底端值vbase。根據(jù)頂端值vtop和底端值vbase可計(jì)算其它的波形參數(shù)，如幅度、上升/下降時(shí)間、周期等。采用本發(fā)明專利技術(shù)可以避免異常值和偶發(fā)信號(hào)對(duì)波形參數(shù)測(cè)量的影響，在高噪聲的情況下能有效的提高幅度類參數(shù)測(cè)量結(jié)果的精確度。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于數(shù)字三維示波器
，更為具體地講，涉及。
技術(shù)介紹
隨著電子信號(hào)的帶寬和非平穩(wěn)特性的快速增長(zhǎng)，對(duì)時(shí)域測(cè)試儀器的測(cè)試精度和速度提出了更高的要求。為滿足此類信號(hào)的測(cè)試要求，數(shù)字示波器需要具有高實(shí)時(shí)采樣率、高波形捕獲率和高精度的參數(shù)測(cè)量功能以保證信號(hào)的采集、捕捉和測(cè)量是可靠的。波形參數(shù)的測(cè)量功能是現(xiàn)代示波器必不可少的功能之一，其測(cè)量的精度和可靠性除了與系統(tǒng)的實(shí)時(shí)采樣率、存儲(chǔ)深度和噪聲水平等因素有關(guān)外，還與測(cè)試算法有關(guān)。數(shù)字三維不波器(DigitalThree-dimensional Oscilloscope,簡(jiǎn)稱DT0)是指不僅能捕獲和顯示信號(hào)的時(shí)間-幅度(事件)信息，而且能夠以不同的輝度或顏色等級(jí)顯示不同事件出現(xiàn)概率的數(shù)字存儲(chǔ)示波器(Digital Storage Oscilloscope,簡(jiǎn)稱DS0)(摘自《GB/T15289-2009數(shù)字存儲(chǔ)示波器規(guī)范》中的定義)。數(shù)字三維示波器采用基于并行結(jié)構(gòu)的波形映射技術(shù)，使波形捕獲率大大提升，能夠在短時(shí)間內(nèi)收集更多的波形，產(chǎn)生細(xì)節(jié)相當(dāng)豐富的三維波形數(shù)據(jù)庫(kù)，包含時(shí)間、幅度以及幅度隨時(shí)間變化關(guān)系(即波形概率信息)。傳統(tǒng)的基于串行結(jié)構(gòu)的數(shù)字存儲(chǔ)示波器，一次刷新周期內(nèi)只能采集一幅波形數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的中央處理單元直接從采集存儲(chǔ)模塊中獲得波形數(shù)據(jù)用于進(jìn)行波形參數(shù)分析和存儲(chǔ)。電壓參數(shù)測(cè)量是將采集到的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行逐個(gè)比較，從中選擇出最大值和最小值分別作為波形幅度的最大值和最小值；另外，統(tǒng)計(jì)波形數(shù)據(jù)中每個(gè)幅度值命中的次數(shù)，在統(tǒng)計(jì)之后會(huì)發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)幅度值出現(xiàn)的頻率最高，一個(gè)是介于中間值和最大值之間，稱為頂端值，一個(gè)是介于中間值和最小值之間，稱為底端值。數(shù)字三維示波器在進(jìn)行波形參數(shù)測(cè)量時(shí)，通常是以波形數(shù)據(jù)作為處理對(duì)象。和一般的數(shù)字存儲(chǔ)示波器一樣，三維數(shù)字示波器系統(tǒng)的中央處理單元從采集存儲(chǔ)模塊中以顯示刷新的速度周期性的讀入波形數(shù)據(jù)，以單幅波形的直方圖為依據(jù)，對(duì)多幅波形進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并用均值或眾數(shù)作為脈沖參數(shù)的高、低狀態(tài)電平的估計(jì)。在上述數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，相對(duì)于三維波形數(shù)據(jù)庫(kù)中的內(nèi)容，中央處理單元處理的波形數(shù)據(jù)量很少，需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能對(duì)波形參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)運(yùn)算。同時(shí)，由于三維波形數(shù)據(jù)庫(kù)中的內(nèi)容是多幅波形的疊加，其中包含的波形信息遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于中央處理單元所分析的信息，甚至可能是中央處理單元沒(méi)有的，比如偶發(fā)的異常信號(hào)。因此以單幅波形的直方圖為依據(jù)，容易丟失異常信號(hào)的信息，使參數(shù)測(cè)量的精度受到影響。此外，均值容易受到最大值、最小值的極大影響，不是集中趨勢(shì)的最佳統(tǒng)計(jì)量，而眾數(shù)雖然具有最常發(fā)生的頻次，但也不能反映數(shù)據(jù)集中趨勢(shì)的分布情況。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供，改變用于波形參數(shù)測(cè)量的數(shù)據(jù)對(duì)象，使用更優(yōu)化的算法，從而提高參數(shù)測(cè)量的精確度和減少數(shù)據(jù)處理時(shí)間。為實(shí)現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)數(shù)字三維示波器的波形數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，包括以下步驟(I)、ADC采集信號(hào)的垂直分辨率為dbit，一次采集的采樣點(diǎn)數(shù)為k，每個(gè)采樣點(diǎn)有m = 2d個(gè)幅度樣本值Snri = 2d-1, I < i < m,將N幅波形的采樣點(diǎn)映射到三維波形數(shù)據(jù)庫(kù)，該三維波形數(shù)據(jù)庫(kù)可以表示為mXk 二維矩陣A 權(quán)利要求1.，其特征在于，包括以下步驟(I)、ADC采集信號(hào)的垂直分辨率為dbit，一次采集的采樣點(diǎn)數(shù)為k，每個(gè)采樣點(diǎn)有m 2d個(gè)幅度樣本值Snri = 2d-1, I < i < m，將N幅波形的采樣點(diǎn)映射到三維波形數(shù)據(jù)庫(kù)，該J 維波形數(shù)據(jù)庫(kù)可以表示為mXk 二維矩陣A 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波形數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述步驟(2)中K均值聚類算法包括以下步驟I)、直方圖H中第一個(gè)命中次數(shù)不為O的幅度樣本值為Sx，最后一個(gè)命中次數(shù)不為O的幅度樣本值sy,其中O (-) sx (-) sy (-) sm_lt)假設(shè)s' = (sx+sy) /2,則將Sx與s'之間的幅度樣本值劃分為集合1，將s,與Sy之間的幅度樣本值劃分為集合2。根據(jù)公式:Σ(矣 DΣ丨分別計(jì)算出集合I中所有幅度樣本值的加權(quán)平均瓦作為H1otot的初始聚類中心對(duì)象，集合2中所有幅度樣本值的加權(quán)平均5；作為Huppot的初始聚類中心對(duì)象，其中OS。②分別計(jì)算m個(gè)幅度樣本值S(l，S1,…，Snrl與初始聚類中心對(duì)象瓦和5；之間的距離，把與瓦距離最小的Snri劃分在一起作為聚類1，把與瓦距離最小的Snri劃分在一起作為聚類2 ；③分別對(duì)聚類I和聚類2中的所有幅度樣本值求加權(quán)平均，并將該均值作為新的聚類中心對(duì)象瓦, ;④重復(fù)②、③步直到聚類中心對(duì)象不再改變，則聚類I中的幅度樣本值構(gòu)成Huppot，聚類 2中的幅度樣本值構(gòu)成H1otot。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波形數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述步驟(3)中波形頂端值和底端值Vbase采用最小中位數(shù)平方法計(jì)算，分別在直方圖Huppct和H1otot中找到一個(gè)包含50%的波形命中次數(shù)的最小幅度間隔，以此幅度間隔的中位數(shù)作為對(duì)頂端值和底 端值Vbase的估計(jì)。全文摘要本專利技術(shù)公開(kāi)了，將一次刷新周期內(nèi)采集到的多幅波形數(shù)據(jù)映射到三維波形數(shù)據(jù)庫(kù)，將該三維數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容作為數(shù)據(jù)處理對(duì)象進(jìn)行統(tǒng)計(jì)直方圖分析，采用K均值聚類算法將直方圖分為高低兩個(gè)部分，即Hupper和Hlower兩個(gè)部分。根據(jù)Hupper和Hlower估計(jì)脈沖參數(shù)的高、低狀態(tài)電平，即頂端值vtop和底端值vbase。根據(jù)頂端值vtop和底端值vbase可計(jì)算其它的波形參數(shù)，如幅度、上升/下降時(shí)間、周期等。采用本專利技術(shù)可以避免異常值和偶發(fā)信號(hào)對(duì)波形參數(shù)測(cè)量的影響，在高噪聲的情況下能有效的提高幅度類參數(shù)測(cè)量結(jié)果的精確度。文檔編號(hào)G01R13/02GK102998500SQ20121056638公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日專利技術(shù)者葉芃, 張沁川, 潘卉青, 黃武煌, 杜興批 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種數(shù)字三維示波器的波形數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)、ADC采集信號(hào)的垂直分辨率為dbit，一次采集的采樣點(diǎn)數(shù)為k，每個(gè)采樣點(diǎn)有m＝2d個(gè)幅度樣本值sm?i＝2d?i,1≤i≤m，將N幅波形的采樣點(diǎn)映射到三維波形數(shù)據(jù)庫(kù)，該三維波形數(shù)據(jù)庫(kù)可以表示為m×k二維矩陣A：A=sm-1sm-2···s0a11,a12,···,a1ka21,a22,···,a2k··················am1,am2,···,amk其中，aij是N幅波形采集中第j個(gè)采樣點(diǎn)幅度樣本值為sm?i的命中次數(shù)，Σi=1maij=N;構(gòu)造矩陣A代表的波形幅度密度的直方圖H如下：H=sm-1sm-2···s0a11,a12,···,a1ka21,a22,···,a2k··················am1,am2,···,amk11···1=Σj=1ka1jΣj=1ka2j···Σj=1kamj=sm-1sm-2···s0h1h2···hm其中，hi,1≤i≤m是幅度樣本值sm?i在N幅波形采集中的命中總次數(shù)；(2)、用K均值聚類算法將直方圖H劃分為Hupper和Hlower兩個(gè)部分；(3)、根據(jù)Hupper和Hlower計(jì)算波形頂端值vtop和底端值vbase；(4)、根據(jù)頂端值vtop和底端值vbase，計(jì)算其他波形參數(shù)。...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：葉芃，張沁川，潘卉青，黃武煌，杜興批，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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