基于功率谱熵的数字示波器触发方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于功率谱熵的数字示波器触发方法及系统，先根据一次触发参数采样得到前a幅波形数据的采样信号，计算得到对应的功率谱熵，平均后作为奇异谱熵比较阈值，然后对于第a+1幅及以后波形数据，计算其功率谱熵，如果大于功率谱熵比较阈值，则判定当前的波形数据为异常信号，进行二次触发将对应波形数据进行存储和显示，否则不作任何操作。本发明专利技术基于信号的功率谱熵来判定生成触发信号，实现异常信号的存储与显示。

Method and system for triggering digital oscilloscope based on power spectrum entropy

The invention discloses a method and system for triggering digital oscilloscope based on power spectrum entropy, according to a sampling signal sampling trigger parameters before the a amplitude of waveform data, the corresponding power spectral entropy calculated as average singular spectrum entropy threshold comparison, and then for the a+ 1 amplitude and waveform data, calculation the power spectrum entropy, power spectrum entropy comparison if greater than the threshold, then determine the data of the current waveform for abnormal signal, two will trigger corresponding waveform data is stored and displayed, or without any operation. The invention judges the generation trigger signal based on the power spectrum entropy of the signal, and realizes the storage and display of the abnormal signal.

【技术实现步骤摘要】
基于功率谱熵的数字示波器触发方法及系统
本专利技术属于数字示波器
，更为具体地讲，涉及一种基于功率谱熵的数字示波器触发方法及系统。
技术介绍
在时域测试领域中，数字示波器的应用日渐广泛。随着被测信号的复杂性不断增长，对偶发、瞬态事件等异常信号的捕获能力已成为衡量示波器数据采集性能的一个重要指标。通常可采用两种方法来提高示波器的异常信号捕获能力：一是直接提高示波器的波形捕获率(单位时间内捕获并显示波形的幅数)，捕获率越高，示波器捕获到异常事件的概率越大。另一种方法是利用数字示波器的无限余辉功能，通过长时间地捕获波形来发现异常或偶发事件。但是，这两种方法的效率都比较低，需要较长时间来捕获异常信号，且由于这两种方法在显示时都将多次触发采集的波形叠加在一起，用户很难正确地甄别和观察异常信号，给测试带来不便。数字示波器的触发系统能够保证每次采集的时候，都从被测信号中满足定义的触发条件处开始，这样每一次采集的波形就同步。对于周期信号，可以使每次捕获的波形相重叠，从而显示稳定的波形。更进一步，数字示波器的触发系统不仅能够稳定地显示重复的周期信号，更能够捕获和显示具有特定特征的信号。概括起来触发的作用主要有两个：一是保证波形显示稳定，二是捕获感兴趣的信号。更为通俗地讲，触发就是用来控制示波器存储和显示的内容。触发系统的精度及灵活性决定了数字示波器是否能够准确地显示和分析测量信号。因此，触发系统尤其是触发类型的多样性对异常信号的捕获与显示起着至关重要的作用，如何提供准确的触发，以捕获异常信号，是数字示波器领域的重要研究方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于功率谱熵的数字示波器触发方法及系统，基于信号的功率谱熵来判定生成触发信号，实现异常信号的存储与显示。为实现上述专利技术目的，本专利技术基于功率谱熵的数字示波器触发方法，包括以下步骤：S1：根据一次触发参数对输入信号x(t)进行持续的触发采样，得到每幅波形数据的采样信号x(τ)，其中t表示时间，τ表示采样时刻；S2：计算第1至第a幅波形数据的功率谱熵Hi，其中i表示波形序号，i＝1,2,…,a，a表示预设的波形数据幅数，然后求取平均值作为功率谱熵比较阈值G；S3：对于第a+1幅及以后波形数据，计算每幅波形数据的功率谱熵Hj，其中j＝a+1,a+2,…，如果Hj＞G，则判定当前的波形数据为异常信号，进行二次触发将对应波形数据进行存储和显示，否则判定当前的波形数据为正常信号，不进行触发。本专利技术还提供一种基于功率谱熵的数字示波器触发系统，包括一次触发模块、ADC模块、采样信号存储模块、特征提取模块、阈值设置模块、二次触发模块、异常信号存储模块、显示模块，其中：一次触发模块用于设置一次触发参数，并发送给ADC模块；ADC模块用于根据一次触发参数对输入信号x(t)进行采样，将波形数据的采样信号x(τ)发送至采样信号存储模块，其中t表示时间，τ表示采样时刻；采样信号存储模块用于存储ADC模块得到的采样信号x(τ)；特征提取模块从采样信号存储模块中依次读取每幅波形数据的采样信号x(τ)，计算对应的功率谱熵，将第1至第a幅波形数据的功率谱熵Hi发送给阈值设置模块，其中i表示波形序号，i＝1,2,…,a，a表示预设的波形数据幅数；将第a+1幅及以后波形数据的功率谱熵Hj发送给二次触发模块，j＝a+1,a+2,…；阈值生成模块接收特征提取模块发送的a个功率谱熵Hi，求取平均值作为功率谱熵比较阈值G发送给二次触发模块；二次触发模块在接收到功率谱熵比较阈值G后，从特征提取模块中接收每幅波形数据的功率谱熵Hj，如果Hj＞G，则判定当前的波形数据为异常信号，向异常信号存储模块发送二次触发信号，否则判定当前的波形数据为正常信号，不作任何操作；异常信号存储模块根据二次触发模块发送的二次触发信号，从采样信号存储模块中读取对应异常信号波形数据并存储；显示模块用于在每次显示刷新周期到来时，从异常信号存储模块中依次读取每幅异常信号波形数据进行显示。本专利技术基于功率谱熵的数字示波器触发方法及系统，先根据一次触发参数采样得到前a幅波形数据的采样信号，计算得到对应的功率谱熵，平均后作为奇异谱熵比较阈值，然后对于第a+1幅及以后波形数据，计算其功率谱熵，如果大于功率谱熵比较阈值，则判定当前的波形数据为异常信号，进行二次触发将对应波形数据进行存储和显示，否则不作任何操作。本专利技术以信号的功率谱熵值度量信号的特征，并基于此实现了异常信号的识别和保留以及正常信号的丢弃，在一定程度上减少了系统冗余数据存储和处理的负担。仿真和测试结果表明，本专利技术可有效检测包含噪声干扰、AD量化错误、谐波失真、幅度和频率调制等不同复杂度的异常信号。附图说明图1是本专利技术基于功率谱熵的数字示波器触发方法的具体实施方式流程图；图2是本专利技术中功率谱熵计算的流程图；图3是本专利技术基于功率谱熵的数字示波器触发系统的具体实施方式结构图；图4是第一组被测信号的采样信号波形图；图5是第一组被测信号的功率谱曲线图；图6是第二组被测信号的采样信号波形图；图7是第二组被测信号的功率谱曲线图；图8是第三组被测信号的采样信号波形图；图9是第三组被测信号的功率谱曲线图；图10是第四组被测信号的采样信号波形图；图11是第四组被测信号的功率谱曲线图；图12是第五组被测信号的采样信号波形图；图13是第四组被测信号的功率谱曲线图；图14是第六组被测信号的采样信号波形图；图15是第四组被测信号的功率谱曲线图；图16是被检测信号为正弦信号的检测结果波形图；图17是被检测信号为调幅信号的检测结果波形图；图18是被检测信号为正弦+谐波的检测结果波形图；图19是被检测信号为正弦+白噪声的检测结果波形图；图20是被检测信号为调频信号的检测结果波形图；图21是被检测信号为白噪声的检测结果波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。实施例为了更好地说明本专利技术的技术方案，首先对功率谱熵的基本概念进行简要说明。信息熵是信息论的基本概念，假设M是一个可测集合类S生成的σ代数和具有μ测度，μ(M)＝1的勒贝格空间，且空间M可表示为其有限划分A＝{Ai}中互不相容集合的形式，即：且Ai∩Aj＝Φ，则对于该划分A的信息熵为：其中，μ(Ai)，i＝1,2,...,n为集合Ai的测度。由信息熵的定义可知，对于不同的问题，寻找合适的划分体系以及相应的测度指标是应用中的关键。而数字示波器对连续的模拟信号进行测量，其数据采集系统中模数转换器(ADC)的输出是一个离散的时间序列。功率谱熵分析是对离散时间序列在频域中的一种分析方法，本方法适用于分析采样点数较少，且含有噪声的序列。功率谱是功率谱密度函数的简称，定义为单位频带内的信号功率。它表示了信号功率随频率的变化关系，即信号功率在频域的分布状况。功率谱在各频率上分布越均匀，说明信号越复杂，不确定性越大；功率谱越集中于部分频率成分，说明信号越简单，不确定性越小。功率谱分析的基础是数学上的帕塞瓦尔定理，即一个信号所含有的能量(功率)恒等于此信号在完备正交函数集中各分量能量(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于功率谱熵的数字示波器触发方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据一次触发参数对输入信号x(t)进行持续的触发采样，得到每幅波形数据的采样信号x(τ)，其中t表示时间，τ表示采样时刻；S2：计算第1至第a幅波形数据的功率谱熵H

【技术特征摘要】
1.一种基于功率谱熵的数字示波器触发方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据一次触发参数对输入信号x(t)进行持续的触发采样，得到每幅波形数据的采样信号x(τ)，其中t表示时间，τ表示采样时刻；S2：计算第1至第a幅波形数据的功率谱熵Hi，其中i表示波形序号，i＝1,2,…,a，a表示预设的波形数据幅数，然后求取平均值作为功率谱熵比较阈值G；S3：对于第a+1幅及以后波形数据，计算每幅波形数据的功率谱熵Hj，其中j＝a+1,a+2,…，如果Hj＞G，则判定当前的波形数据为异常信号，进行二次触发将对应波形数据进行存储和显示，否则判定当前的波形数据为正常信号，不进行触发。2.根据权利要求1所述的数字示波器触发方法，其特征在于，所述功率谱熵的计算方法为：1)对波形数据的采样信号进行特征值抽样处理，记抽样后的波形数据为X＝{xn}，其中，n＝0,1,…,N-1，N表示抽样后的波形数据长度；2)对抽样后的波形数据X＝{xn}进行离散傅里叶变换：其中，k表示频率阶数，k＝0,1,…,N-1；3)计算各阶频率的功率谱S(k)：4)计算功率谱划分测度qk：5)计算本幅波形数据的功率谱熵H：3.根据权利要求2所述的数字示波器触发方法，其特征在于，所述功率谱熵H按照下述公式进行归一化，归一化后的功率谱熵为：4.一种基于功率谱熵的数字示波器触发系统，其特征在于，包括一次触发模块、ADC模块、采样信号存储模块、特征提取模块、阈值设置模块、二次触发模块、异常信号存储模块、显示模块，其中：一次触发模块用于设置一次触发参数，并发送给ADC模块；ADC模块用于根据一次触发参数对输入信号x(t)进行采样，将波形数据的采样信号x(τ)发送至采样信号存储模块，其中t表示时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋俊，郭连平，焦晓曼，黄武煌，曾浩，谭峰，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51